Диссертация (1149307), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Фаза восстановления послефорбуш-понижений ГКЛ длится 5–6 дней, согласно данным [153].Рис.3.5. Средние карты изменения высот (в гп. м) изобарических поверхностей в первыйдень после всплеска солнечных космических лучей энергиями частиц Eр > 90 МэВ согласноданным Веретененко и Тайла [199]. Анализ проводился для 48 событий, отобранных захолодное полугодие (октябрь-март) 1980-1995 гг.Таким образом, противоположные по знаку изменения скорости ионизации всвязи со всплесками солнечных протонов и форбуш-понижениями ГКЛ приводят кпротивоположным по знаку изменениям атмосферного давления в североатлантическомрегионе.
Это свидетельствует о важной роли изменений скорости ионизации и,возможно, связанных с ними изменениями проводимости атмосферы в физическоммеханизме влияния солнечной активности на состояние нижней атмосферы. При этом,сравнивая изменения барических полей, наблюдаемые в ходе вариаций галактических и98солнечных КЛ, можно сказать, что реакция атмосферы на всплески солнечных КЛвыражена более ярко: она имеет меньшее время отклика и большую амплитуду, чем вслучае форбуш-понижений ГКЛ. Это может быть связано с тем, что во время всплескаСКЛ происходит более резкое увеличение скорости ионизации атмосферы, которое, повидимому, может приводить к более быстрому и имеющему большую амплитудуотклику нижней атмосферы, чем менее резкое понижение скорости ионизации,наблюдаемое в ходе форбуш-понижения ГКЛ.Синоптический анализ, проведённый в работах Веретененко и Тайла [198, 199],показал что причиной понижения давления у юго-восточного побережья Гренландииявляетсярегенерациясевероатлантическихциклонов,зарождающихсяуНьюфаундленда и двигающихся в зональном потоке на северо-восток.
Известно, чторегенерации циклонов способствует наличие высокоградиентного поля температуры.Близость тёплого течения Гольфстрим и покрытой ледниками Гренландии приводит ктому, что в западной части Северной Атлантики возрастают температурные контрасты,и тем самым создаются благоприятные условия для усиления циклоническойактивности. В работах Веретененко и Тайла [198, 199] также отмечено, что высыпаниявысокоэнергичных солнечных протонов могут приводить к изменениям структурытермобарического поля нижней атмосферы, обострению температурных контрастов испособствовать более интенсивным процессам регенерации циклонов в указанномрегионе.Результаты синоптического анализа, приведённые в разделе 3.3 текущей главы,свидетельствуют о том, что в ходе исследуемых форбуш-понижений ГКЛ наблюдаетсяболеечастоевозникновениеблокирующихантициклонов,т.
е.происходиттрансформация холодного и низкого подвижного антициклона, следующего в хвостециклонической серии, в высокое стационарное барической образование, блокирующеезападно-восточный перенос воздушных масс. Увеличению частоты формированияблокирующихантициклоновнадсевероатлантическимрегиономспособствуютособенности строения термобарического поля атмосферы. Обычно в зимний период надзападными частями континентов к востоку от теплых океанических теченийнаблюдаетсясходимостьизогипсполядавления.Именнотакоестроениетермобарического поля имеет место над Европой к востоку от теплого теченияГольфстрим,чтоспособствуетестественнойрегенерацииантициклоновв99североатлантическом регионе. Таким образом, как в случае солнечных протонныхсобытий, так и в случае форбуш-понижений ГКЛ не происходит формирование новыхбарических образований, но наблюдается интенсификация естественных синоптическихпроцессов, характерных для района Северной Атлантики.Итоги приведённого выше сравнительного анализа вариаций параметров нижнейатмосферы, наблюдаемых в ходе форбуш-понижений космических лучей и солнечныхпротонных событий, представлены в таблице 1.100Таблица 1.
Изменение параметров нижней атмосферы в североатлантическом регионе входе вариаций солнечных и галактических космических лучей.Параметры атмосферыХарактер реакцииатмосферыИзобарический уровень,на котором наблюдалисьмаксимальные вариациидавленияХарактер наблюдаемогоэффектаЛокализациянаблюдаемого эффектаСолнечные протонныесобытия с энергией частицЕр > 90 МэВУменьшение давленияФорбуш-понижения ГКЛ самплитудой δN/N > 2.5%Изобарическая поверхность300 гПа (высота ~9 км)Изобарическая поверхность1000 гПа (уровень моря)Понижение на 70-100 гп.
мПовышение на 60-70 гп. мЮго-восточное побережьеГренландииСеверо-восток Атлантики,Скандинавия, севернаяЕвропа и север европейскойчасти России3й-4й день после началафорбуш-понижения ГКЛРост давленияДень максимумаэффекта1й день после началавсплеска СКЛАтмосферный процесс,приводящий к изменениюдавления (по даннымсиноптического анализа)Вариация скоростиионизации атмосферыкосмическими лучамиПродолжительностьфазы восстановлениядавления после событияХарактеристикаестественногосостояния барическогополя в областинаблюдаемых эффектовРегенерация циклоновФормированиеблокирующего антициклонаУвеличение скоростиионизации атмосферыУменьшение скоростиионизации атмосферы2-3 дня5–6 днейВысокие температурныеконтрасты, обусловленныеблизостью тёплого теченияГольфстрим и ледникамиГренландии, а такжерасходимость изогипс надокеаном, способствующаяоттоку воздуха, приводят кусилению циклоническойактивности в данном регионеХолодная континентальнаяповерхность, расположеннаяк востоку от теплыхвосточноатлантическихтечений и сходимостьизогипс над Европейскимконтинентом способствуютформированиюблокирующего антициклонанад североатлантическимрегионом1013.6Возможныйфизическиймеханизмвлияниякосмическихлучейнадинамические процессы в нижней атмосфере ЗемлиКак было указано ранее, солнечно-атмосферные взаимодействия достаточносложны и могут быть обусловлены действием целого ряда различных физическихмеханизмов, подробно описанных в разделе 1.2 настоящей диссертации.
Данныемеханизмымогутработатьодновременнонаразличныхвременныхшкалахдлительностью от нескольких часов до нескольких тысяч лет. При этом эффектыразличных агентов солнечной активности могут как взаимно дополнять, так икомпенсировать друг друга. Поскольку экспериментальные данные, приведённые внастоящей диссертации, свидетельствуют о важной роли изменений скорости ионизацииатмосферы под влиянием космических лучей, рассмотрим те физические механизмысолнечно-атмосферных связей, в которых основным агентом, передающим энергиюсолнечных возмущений в атмосферу Земли, являются космические лучи.Результатыпроведённогоисследованиясвидетельствуютотом,чтообнаруженные в связи с форбуш-понижениями ГКЛ вариации давления в северном июжном полушариях обусловлены изменениями в эволюции внетропических барическихсистем.
Известно, что циклоническая активность в умеренных широтах, т.е.формирование, развитие и перемещение внетропических барических образований(циклонов и антициклонов) тесно связана со структурой термобарического полятропосферы (расходимостью и сходимостью изогипс), а также с температурнымиконтрастами во фронтальных зонах [напр., 19]. Полученные результаты позволяютпредположить, что в ходе форбуш-понижений ГКЛ происходят изменения структурытермобарического поля, в результате которых создаются более благоприятные условиядля ослабления циклонической и усиления антициклонической активности в умеренныхширотах обоих полушарий.
Возможной причиной предполагаемых изменений могутбытьизменениярадиационно-тепловогобалансатропосферы,обусловленныеизменениями скорости ионизации под влиянием ГКЛ в вариациях атмосфернойпрозрачности и состояния облачности.Согласно оптическому механизму [53, 54, 119], модуляция поступающей внижнюю атмосферу солнечной энергии обусловлена изменениями её оптическихсвойств, в связи с тем, что ионизация атмосферы космическими лучами приводит к102изменению химического и аэрозольного состава атмосферы. Это, в свою очередь,вызываетзначительныеизмененияеёрадиационно-тепловогорежима.Данныеизменения химического состава атмосферы происходят без значительной временнойзадержки [напр., 29, 57, 74, 75, 169, 170], однако для последующих измененийатмосферной циркуляции требуется некоторое время.
Это связано с тем, что нанепосредственный разогрев атмосферы тратится только 1-2% приходящей солнечнойрадиации [напр., 8]. Заметные изменения циркуляции происходят в основном за счётсолнечной радиации, которая сначала поглощается подстилающей поверхностью ивпоследствии переизлучается обратно в атмосферу в виде инфракрасной радиации. Всвязи с этим действие оптического механизма более эффективно на длительныхвременныхшкалах.Таким,образом,наблюдаемыеизменениявэволюциивнетропических барических образований умеренных и высоких широт не могут бытьобъяснены в рамках оптического механизма солнечно-атмосферных связей.Более эффективным механизмом регуляции радиационно-теплового балансаатмосферы являются вариации состояния облачного покрова. Известно, что облакамогут оказывать влияние на эволюцию внетропических барических систем [напр., 39,40].
Облачность уменьшает приток коротковолновой солнечной радиации к поверхностиЗемли, так и количество уходящей длинноволновой радиации, излучаемой земнойповерхностью и атмосферой. Результирующий эффект облачности зависит от широты,времени года и типа подстилающей поверхности.
В летнее время в умеренных и высокихширотах облачность производит охлаждающий эффект, поскольку препятствует приходукоротковолновой солнечной радиации. В зимнее время вследствие уменьшения потоковуходящей длинноволновой радиации увеличение облачности создаёт отепляющийэффект. Таким образом, в летний период появление облачности в циклоне будетспособствовать понижению температуры в его центре, уменьшению адвекции холода засчёт уменьшения разности температур и ослаблению циклонического вихря. В зимнийпериод облачность способствует повышению температуры в циклоне, усилениюадвекции холода за счёт увеличения температурных контрастов и увеличению временисуществования циклона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
