Диссертация (1149307), страница 13
Текст из файла (страница 13)
м) на уровне 1000 гПа на +4йдень после начала форбуш-понижения ГКЛ в северном и южном полушариях (48 событий воктябре-марте 1980-2006 гг.). Белыми линиями показаны жесткости геомагнитного обрезания (вГВ), согласно данным работы [168]. Желтыми линиями показаны области, в которых уровеньзначимости отклонений давления превышает 0.95 и 0.99 согласно оценкам по методу МонтеКарло (левая панель). Арктический и антарктический фронты обозначены красной линией,полярные фронты синей линией (правая панель).72Следует отметить, что в северном полушарии эффекты форбуш-понижений ГКЛобнаружены только в североатлантическом регионе, при этом в тихоокеанском секторезначимые вариации давления обнаружены не были. Возможным объяснениемнаблюдаемого различия в реакции атмосферы на вариации космических лучей являетсято, что для тихоокеанского сектора характерны более высокие жесткости геомагнитногообрезания.
Действительно, согласно результатам, представленным на рис. 2.5, втихоокеанском секторе жесткости геомагнитного обрезания варьируются в пределах от~ 2 ГВ до ~ 9 ГВ, что соответствует пороговым энергиям космических лучейот ~ 1.3 ГэВ до ~ 6.1 ГэВ. В североатлантическом секторе жесткости геомагнитногообрезанияиминимальныеэнергиисоставляют~ 0.53.5 ГВи~ 0.12.7 ГэВ,соответственно. Очевидно, меньшие величины жесткости геомагнитного обрезания,наблюдаемые в североатлантическом регионе, допускают высыпания частиц сменьшими пороговыми энергиями и, как следствие, большими потоками, чем втихоокеанском секторе.Таким образом, одной из возможных причин отсутствия эффектов форбушпонижений в тихоокеанском секторе являются более высокие пороговые энергиикосмических лучей, высыпающихся в данном регионе, вследствие чего их потоки вменьшей степени подвержены модулирующему влиянию солнечной активности.732.4 Причины региональных особенностей эффектов форбуш-понижений ГКЛ вэволюции барических систем северного и южного полушарийДля выявления причин изменений давления, наблюдаемых в северном и южномполушариях в связи с исследуемыми форбуш-понижениями ГКЛ, был проведенсиноптический анализ приземных карт погоды.
Погодные карты являются источникомисчерпывающей информации о состоянии атмосферы на момент наблюдения, т.е. ораспределении и характере воздушных масс, атмосферных фронтов и расположениибарических систем - циклонов и антициклонов, что, в свою очередь, позволяетпроследить их эволюцию. При выполнении исследования были использованы данныесиноптических бюллетеней за период 1980-2006 г из архивов ААНИИ и РГГМУ [61-64].Синоптический анализ показал, что причиной положительных отклоненийдавления, наблюдаемых в областях полярного и арктического фронтов в северномполушарии,являетсяпреобразованиеподвижныххолодныхантициклонов,сформированных в тылу холодного фронта циклона или циклонической серии вмалоподвижные антициклоны, занимающие обширную территорию, и блокирующиетем самым западно-восточный перенос.
Этот процесс приводит к замедлению движенияциклонов в зональном потоке и их ослаблению, что способствует ещё большему ростудавления над Северной Атлантикой, Европой и севером европейской части России.Таким образом, повышение давления в умеренных широтах северного полушария в ходефорбуш-пониженийГКЛобусловленоболееинтенсивнымформированиемблокирующих антициклонов.Отрицательные вариации давления, наблюдаемые в северном полушарии вблизиполюса, происходят вследствие смещения траекторий движения североатлантическихциклонов в полярные широты, поскольку вышеуказанные блокирующие антициклоныпрепятствуют продвижению циклонов из Атлантики в восточном направлении.Рассмотрим причины изменения давления в южном полушарии, где былиобнаружены области статистически значимых вариаций давления, наблюдаемых в связис форбуш-понижениями ГКЛ.
Области в восточной части Южной Атлантики напротивпобережья Земли Королевы Мод и в Южном Океане над морем Дюрвиля, где былообнаружено повышение атмосферного давления в ходе форбуш-понижений ГКЛ,совпадают с положением климатических центров действия атмосферы (климатическихциклонов) согласно данным Таубера [66]. Данные климатические центы действия74атмосферы формируются из среднеширотных фронтальных циклонов, которыепередвигаются в юго-восточном направлении, останавливаются у берегов Антарктиды ирегенерируют на антарктических фронтах.
Таким образом, наблюдаемый в связи сфорбуш-понижениями ГКЛ рост давления указывает на ослабление циклоническойдеятельности в указанных областях. Действительно, анализ синоптических карт южногополушария показал, что рост давления в восточной части Южной Атлантики обусловленсмещением в эту область субтропического атлантического антициклона, при этомгребень антициклона простирается в сторону Антарктиды.
В связи с этим наблюдаетсяослабление циклогенеза в восточной части Южной Атлантики напротив побережьяЗемли Королевы Мод.В то же время рост давления в Южном Океане над морем Дюрвиля также связан сослаблением циклогенеза. В большинстве случаев этот процесс обусловлен смещениемантициклона из Большого Австралийского залива по направлению к Антарктиде.Антициклонический гребень при этом, как правило, доходит до берегов земли Адели.Данный процесс приводит к смещению траекторий циклонов, формирующихся надморем Росса, в средние широты, вследствие чего на средних картах наблюдаетсяобласть понижения давления, расположенная в восточной части тихоокеанскогосектора.Таким образом, синоптический анализ показал, что наблюдаемые вариацииатмосферного давления в южном полушарии в связи с форбуш-понижениями ГКЛ,также как и в северном, не связаны с формированием новых барических образований, аобусловлены ослаблением циклонической, а также усилением антициклоническойактивности в областях расположения основных атмосферных фронтов в умеренных ивысоких широтах.Исходя из сказанного выше, можно предположить, что более сильные поамплитуде форбуш-понижения космических лучей вызывают более интенсивныйатмосферный отклик и приводят к большим вариациям давления в указанных регионах.Длятогочтобыпроверитьэтопредположение,былопроведеносравнениемаксимального отклонения давления на +4й день после начала форбуш-понижений самплитудой указанных форбуш-понижений ГКЛ.
Результаты расчетов, проведённых дляобласти положительных вариаций давления, наблюдаемой в североатлантическомрегионе (т.е. над Скандинавией, Северной Европой и севером европейской части75России) втечениехолодного полугодия(октябрь-март),показалиотсутствиезависимости интенсивности вариации давления в ходе рассматриваемых форбушпонижений от их амплитуды. Причина в том, что интенсивность реакции атмосферы навнешнее воздействие в первую очередь зависит от начального состояния самойатмосферы на момент воздействия возмущающего фактора. В частности, форбушпонижения ГКЛ могут способствовать созданию более благоприятных условий длятрансформации уже сформировавшегося низкого и холодного антициклона в высокийблокирующий антициклон, но, в то же время, указанные вариации космических лучейне могут приводить к формированию нового барического образования.Результаты проведенного исследования также показали, что в ходе форбушпонижений ГКЛ наблюдается повышение давления в умеренных широтах как северного,так и южного полушарий.
На рис. 2.6 представлены осредненные по широте вариациивысоты геопотенциальной поверхности 1000 гПа на +4й день после началарассматриваемыхфорбуш-понижений.Каквидноизрисунка,положительныеотклонения среднезонального давления в северном полушарии наблюдаются вширотном поясе 40º-70º N и достигают максимума (~ 10 гп. м) на широтах 57º-62º N. Вюжном полушарии положительные вариации зонального давления наблюдаются вобласти широт выше 45º S с максимумом порядка ~ 7 гп.
м на широте 55º S. Полученныерезультаты согласуются с данными работ [52, 148], в которых был обнаружен ростзонального давления в поясе широт 55º-70º северного полушария на +4й день посленачала геомагнитного возмущения.Геопотенциальная высота, гп. м151050-5-10Южное полушарие-15-200Северное полушарие10203040Широта, град.50607080Рис. 2.6.
Вариации среднезональной (осреднённой по долготе) высоты геопотенциальнойповерхности 1000 гПа в северном и южном полушарии на +4й день после начала исследуемыхфорбуш-понижений, отобранных за периоды с октября по март 1980-2006 г.76Как видно из рис. 2.6, вариации атмосферного давления в связи с форбушпонижениями наиболее выражены в северном полушарии, где период с октября по мартявляется холодным полугодием, когда обостряются температурные контрасты втропосфере, что приводит к усилению процессов циклогенеза.
В южном полушариирассматриваемый период (октябрь-март) соответствует теплому полугодию. В северномполушарии в холодное полугодие во фронтальных зонах наблюдаются довольно высокиетемпературные градиенты, тогда как в теплое полугодие температурные контрасты в нихзначительно меньше (см. рис. 2.7). Это объясняется особенностями взаимногорасположения континентов и океанов в северном полушарии. Значительная сезоннаявариациятемпературныхградиентовздесьдостигаетсяблагодарятому,чтоконтинентальная поверхность хорошо прогревается в летний период и сильновыхолаживается в зимний, в то время как изменения температуры океана от зимы к летуне так значительны.
Как видно из рис. 2.7, в холодный сезон в северном полушарии(октябрь-март) происходитобострениетемпературных контрастов в атмосфере(градиенты температуры достигают ~1.5-1.7ºС/100 км) и, как следствие, усилениециклогенеза. В теплый сезон в северном полушарии циклоническая активностьослабевает, поскольку температурные градиенты в атмосфере уменьшаются.Что касается южного полушария, то здесь даже в теплый период (октябрь-март)температурные градиенты в зоне полярного фронта, расположенных в поясе умеренныхширот, остаются значительными. Это обусловлено взаимным расположением холоднойматериковой поверхности Антарктиды и относительно более теплой поверхностиЮжного Океана. Согласно оценкам, сделанным для июля 2005 года (см.
рис. 2.7),величина градиентов температуры в зоне полярного фронта достигает ~1-1.5ºС/100 км.Таким образом, в южном полушарии циклоническая активность в зоне указанногофронта остаётся достаточно интенсивной как в течение холодного, так и теплогополугодия, поэтому эффекты форбуш-понижений ГКЛ наблюдаются также и в теплыйпериод (октябрь-март). Однако, отклик давления в южном полушарии имеет меньшуюамплитуду, чем в северном полушарии, где период с октября по март является холоднымполугодием (см.
рис. 2.6).77Mean monthly temperature gradient magnitude (deg.C/100 km). January 2005.806040200-20-40-60-800.2-160-120 - 80 - 400.40.60 40 80 120 1600.811.21.41.6Mean monthly temperature gradient magnitude (deg.C/100 km). July 2005.806040200-20-40-60-80-160-120 - 80 - 400.510 40 80 120 1601.522.5Рис. 2.7. Среднемесячные градиенты температуры (ºС/100 км) в январе (верхняя панель) ив июле (нижняя панель) 2005 года.78Таким образом, высокие температурные контрасты, наблюдаемые в период соктября по март в областях основных атмосферных фронтов умеренных и высокихширот как северного, так и южного полушария, создают благоприятные условия дляразвития циклонической активности. Это позволяет наблюдать эффекты форбушпонижений ГКЛ в эволюции внетропических барических систем как в северном и вюжном полушариях (см.
рис. 2.6).Рассмотрим причины региональных особенностей эффектов форбуш-пониженийГКЛ в эволюции барических систем северного полушария. Для этого сопоставимраспределение горизонтальных градиентов температуры в слое тропосферы 1000-500гПа с изолиниями жесткостей геомагнитного обрезания, согласно данным работы [168](см. рис. 2.8). Как видно из рис. 2.8, североатлантическая зона внетропическогоциклогенеза (область высоких температурных контрастов у восточного побережьяСеверной Америки) и восточная часть Северной Атлантики (область с относительнотеплой, вследствие влияния Гольфстрима, подстилающей поверхностью) находятся врайоне высыпания частиц с относительно низкими значениями геомагнитногообрезания ~1-3 ГВ, что соответствует минимальным энергиям высыпающихся частиц~0.4-2 ГэВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
