Диссертация (1149307), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Еёразвитие происходит одновременно с повышением давления над морем Дюрвиля.Максимальные по амплитуде отклонения давления в ней достигаются на +3й/+4й деньпосле начала форбуш-понижения ГКЛ и составляют порядка 40 гп. м.Статистическая значимость полученных эффектов была оценена с помощьюметода Монте-Карло. Было сгенерировано 1000 выборок по 48 ключевых дат,выбранных случайным образом за исследуемый период (холодное полугодие 19802006 гг). Далее, для каждой выборки была построена карта средних отклоненийдавления на уровне 1000 гп. м. Затем в узлах сетки 2.5º х 2.5º поля приземного давлениябыли построены распределения полученных средних отклонений и рассчитанастатистическая значимость. Расчёты показали, что значимость величины максимальныхотклонений давления, наблюдаемых на 4й день после начала форбуш-понижения, как всеверном, так и в южном полушарии составляет 0.95 – 0.99. На рис.
2.4 и рис. 2.5области, значимость отклонений давления в которых превышает 0.95 – 0.99 показаныжелтыми сплошными линиями. Подробное описание расчетов методом Монте-Карло ирезультаты моделирования приведены в Приложении 3.Рассмотрим подробно вариации атмосферного давления на +4й день после началафорбуш-понижения, когда в обоих полушариях наблюдаются максимальные отклонениядавления от невозмущённого уровня. На рис. 2.4 карты средних вариаций давления на+4й день построены в ортографической проекции для северного и южного полушария.На карты также нанесено климатическое положение основных атмосферных фронтов вянваре, согласно данным Хромова и Петросянца [72]: арктических и антарктическихфронтов, отделяющих холодные арктические/антарктические воздушные массы от болеетеплых воздушных масс умеренных широт и полярных фронтов, разделяющихвоздушные массы умеренных широт и более теплые и влажные тропические воздушныемассы.67-1601604030-12012020100.9900.950.9580- 80-100.95-20-300.9540- 40-40004040- 40300.95200.9980- 80100-100.99-1200.950.95120-20-30-160160-40Рис.
2.4. Средние вариации атмосферного давления (в гп. м) на уровне 1000 гПа на +4 йдень после начала форбуш-понижения ГКЛ в северном (верхняя панель) и южном (нижняяпанель) полушариях (для 48 событий в октябре-марте 1980-2006 гг.). Климатическое положениеосновных атмосферных фронтов в январе приведено согласно [72]. Арктический иантарктический фронты обозначены красной линией, полярный фронт синей линией.Желтыми линиями показаны области, в которых уровень значимости отклонений давленияпревышает 0.95 и 0.99 согласно оценкам по методу Монте-Карло.68Как можно видеть из рис. 2.4, максимальные отклонения давления наблюдаются врайонах климатического положения основных атмосферных фронтов. Это объясняетсятем, что циклоническая активность в умеренных широтах тесно связана сатмосферными фронтами.
Большинство внетропических циклонов и антициклоновзарождаются и претерпевают наибольшие изменения в своей эволюции именно вофронтальных зонах, поскольку для них характерны высокие горизонтальные градиентытемпературы (на порядок больше, чем вне этих зон [39]). Контрасты температур,наблюдаемыевофронтальныхзонах,способствуютинтенсивнойадвекциихолода/тепла, являющейся энергетической основой для развития внетропическихбарических систем [напр., 19, 50]. При этом адвекция холода приводит к формированиюнового или усилению уже существующего циклонического вихря, а адвекция тепла кзарождению нового или усилению уже существующего антициклонического вихря[напр., 39].Таким образом, поскольку вариации давления в ходе рассматриваемых форбушпонижений ГКЛ наблюдаются в области основных атмосферных фронтов, можнопредположить, что они связаны с изменениями в эволюции барических систем,протекающими на указанных атмосферных фронтах.Следует отметить, что в проведённом исследовании эффект повышения давлениявходефорбуш-пониженийГКЛобнаружентолькоумеренныхширотахсевероатлантического региона.
При этом в тихоокеанском секторе значимых вариацийдавления не наблюдаются. Это позволяет предположить, что североатлантическийрегион является особым регионом северного полушария, в котором наиболее выраженареакция циклонической деятельности на изменения потоков космических лучей, чтосогласуется с результатами работ Веретененко и Тайла [198, 199]. Возможные причинынаблюдаемого различия в характере отклика атмосферы североатлантического итихоокеанского регионов обсуждаются ниже.692.3 Оценка жесткости геомагнитного обрезания в областях формированияэффектов форбуш-понижений ГКЛС целью выяснить энергетические характеристики частиц, высыпающихся врайонах обнаруженных вариаций атмосферного давления, в работе была проведенаоценка жесткости геомагнитного обрезания и соответствующих им минимальныхэнергий космических лучей.Согласно теории Штермера, движение заряженной частицы в магнитном полеЗемли определяется ее жесткостью R, т.е.
способностью двигаться перпендикулярносиловым линиям магнитного поля:Rpcze(2.4.1)где p – импульс, с – скорость света, z – заряд частицы, выраженный в числе зарядовэлектрона, е – заряд электрона [напр., 25].Для того чтобы достигнуть определенной точки на земном шаре, частица должнаобладать некоторой минимальной жесткостью (жесткостью геомагнитного обрезания)Rc, зависящей от геомагнитной широты точки наблюдения и направления приходачастицы. В общем случае минимальная жесткость Rc определяется по формуле:cos 4Rс1 1 sin cos cos32(2.4.2)где λ – геомагнитная широта, ξ –зенитный угол [напр., 25].При вертикальном падении частицы (ξ=90º) порог геомагнитного обрезанияопределяется по формуле:R 14,9cos 10 (В)49с(2.4.3)Таким образом, частицы с меньшими энергиями высыпаются ближе к полюсам, ачастицы с большими энергиями достигают более низких широт.70Для оценки минимальной кинетической энергии частиц, которые могут достигатьопределённой области на земном шаре, используют формулу связи кинетическойэнергии частицы с её жесткостью.ЕкинE e R E22020(2.4.4)где Е0 – энергия покоя частицы E0 = mc2; m0 – масса частицы; с – скорость света;е – заряд частицы; R – геомагнитная жесткость.Сопоставим пространственное распределение вариаций атмосферного давления,наблюдаемых в ходе форбуш-понижениями ГКЛ, с распределением жесткостигеомагнитного обрезания.
На рисунке 2.5 приведены средние вариации высотыгеопотенциального уровня 1000 гп.м на +4й день после начала форбуш-понижения ГКЛи жесткости геомагнитного обрезания согласно данным работы [168]. Как видно изрисунка, области максимальных и статистически значимых отклонений давления,локализованные в районах основных климатических фронтов, характеризуются низкимизначениями геомагнитной жесткости. В северном полушарии в областях роста давленияжесткости геомагнитного обрезания варьируются от ~ 0.5 ГВ (арктические фронты) до3.5 ГВ (полярные фронты), что соответствует минимальным энергиям высыпающихсячастиц от ~ 0.1 ГэВ до 2.7 ГэВ. В южном полушарии в области роста давления ввосточной части Южной Атлантики вариации жесткости геомагнитного обрезаниясоставляют ~ 0.5 ГВ (антарктический фронт) до 3 ГВ (полярные фронты), имсоответствуют минимальные энергии частиц от ~ 0.1 ГэВ до 2.2 ГэВ.
Для области надморем Дюрвиля (антарктический фронт) жесткость геомагнитного обрезания непревышает 0.5 ГВ (энергия высыпающихся частиц менее 0.1 ГэВ). Интенсивностькосмических лучей с указанными энергиями в значительной степени модулируетсясолнечной активностью, и они рассматриваются как одно из важных связующих звеньевмежду солнечной активностью и процессами в нижней атмосфере Земли [напр., 142,151, 178].
Таким образом, низкие значения пороговой жесткости геомагнитногообрезания допускают высыпания в областях климатических фронтов низкоэнергичнойкомпоненты галактических космических лучей, которые могут оказывать влияние надинамические процессы в умеренных и высоких широтах обоих полушарий.71Северное полушарие-160160-1601601140114020 571202-12011200.51080300.950- 8080-108011- 800.50.520.952-2010.577- 400.55733- 40-30405401112-305 73-20120.95-1050.9511050.991150.513112036022011733077-120403051111-40-4000Южное полушарие004011- 4075- 8011- 40- 40307317305323200.9914040130.95520120.50.51140515131172801080- 801011511001115-102712013315370.950.957-120550.115-8023-100.99-200.5311160-207-30160-40-4011-1601205-3021-60-120-40-16015-2013Рис. 2.5. Средние вариации атмосферного давления (в гп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
