Диссертация (1149307), страница 20
Текст из файла (страница 20)
4.2. Распределение длительности ЭСП, относящихся к основным формаматмосферной циркуляции, во время форбуш-понижений ГКЛ, холодное полугодие (октябрьмарт) 1980-2006 гг. (красные столбцы). Распределение длительности ЭСП при невозмущенныхусловиях в холодное полугодие (жёлтые столбцы).Построение гистограмм распределения длительности ЭСП при невозмущенныхусловиях было проведено с использованием метода Монте-Карло. Приведем подробноеописание применения данного метода к расчету невозмущенного уровня.
Посколькувремя атмосферного отклика на явления, связанные с солнечной активностью, можетварьироваться от 2-3 дней в случае солнечных протонных событий [198, 199] до 5-6дней в случае форбуш-понижений ГКЛ [79, 153], из списка, включающего в себя все дни114за холодное полугодие (октябрь-март) 1980-2006 гг, нами были исключены периодывозмущающего влияния галактических космических лучей (длительностью 6 дней) исолнечных космических лучей (длительностью 3 дня) после начала событий. Изоставшегося списка было сгенерировано 1000 выборок по 48 случайных ключевых дат вкаждой. Далее на основании данных указанного выше каталога макросиноптическихпроцессов были выбраны ЭСП, соответствующие этим ключевым датам и построенораспределение их длительности.Из рис.
4.1 и рис. 4.2 можно видеть, что как в невозмущенных условиях, так и входевариацийпродолжительностьпотоков3-4космическихдня.Однаколучейвоколоприсутствии65-80%ЭСПвозмущающегоимеютвлияниякосмических лучей форма их распределения несколько меняется. В случае западнойформы циркуляции наблюдается увеличение числа ЭСП длительностью 5-7 дней,уменьшение числа ЭСП длительностью 3-4 дня и отсутствие ЭСП длительностью 2 дняпо сравнению с невозмущенными условиями.
Для меридиональной формы циркуляциирезко возрастает количество ЭСП длительностью 4 дня, уменьшается число ЭСПдлительностью 3 дня и полностью отсутствуют ЭСП длительностью 2 дня. При этомпродолжительность макросиноптических процессов, относящихся к восточной формеатмосферной циркуляции (Е), во время СПС практически остается неизменной. Такимобразом, солнечные протонные события сопровождаются увеличением числа болеепродолжительных ЭСП, относящихся к западной (W) и меридиональной (С) формаматмосферной циркуляции.Во время форбуш-понижений космических лучей для западной формыциркуляции наблюдается значительный рост числа ЭСП длительностью 3 дня иуменьшение числа ЭСП длительностью 2 и 4 дня.
Меридиональная форма циркуляции вэтом случае характеризуется смещением максимума распределения длительности ЭСП с3-х до 4-х дней, уменьшением числа элементарных синоптических процессовпродолжительностью 2-3 дня и ростом числа ЭСП длительностью 5-6 дней. Длявосточной формы циркуляции происходит увеличение числа ЭСП длительностью 2-3дня и уменьшение числа ЭСП продолжительностью 4-6 дней. Таким образом, в ходефорбуш-понижений ГКЛ происходит увеличение числа более коротких ЭСП,принадлежащих к западной (W) и восточной (Е) формам циркуляции, и увеличениечисла более длительных ЭСП, относящихся к меридиональной форме циркуляции (С).115Полученные результаты свидетельствуют о заметном влиянии вариаций космическихлучей на длительность элементарных синоптических процессов.Таким образом, в результате проведения исследования было показано, чтосолнечные космические лучи с энергиями частиц Ер > 90 МэВ приводят к увеличениюпродолжительности ЭСП, относящихся к зональной (тип W) и меридиональной (тип С)формам атмосферной циркуляции и не оказывают влияния на длительность ЭСПвосточной формы циркуляции (тип Е).
Форбуш-понижения ГКЛ, в свою очередь,приводят к уменьшению продолжительности ЭСП западной (тип W) и восточной (тип Е)форм атмосферной циркуляции и способствуют увеличению длительности ЭСПмеридиональной формы циркуляции (тип С).1164.2.3 Причины наблюдаемых вариаций длительности ЭСПНаблюдаемыевариациипродолжительностиэлементарныхсиноптическихпроцессов в ходе солнечных протонных событий и форбуш-понижений могут бытьсвязаны с влиянием потоков космических лучей на динамические процессы в нижнейатмосфере. Действительно, как было указано ранее, развитие западной формыатмосферной циркуляции (W) характеризуется усилением западно-восточного переносавоздушных масс, а также усилением градиентов давления между высокими и среднимиширотамисеверногополушария.Такомураспределениюбарическихполейсоответствует усиление циклогенеза в высоких широтах и интенсивное движениесформировавшихся циклонов в зональном потоке.
Ранее Веретененко и Тайлом [198,199] была обнаружена интенсификация североатлантических циклонов у юговосточного побережья Гренландии в связи со всплесками СКЛ с энергиями протонов Ер> 90 МэВ.В качестве иллюстрации приведем на рис. 4.3 распределение интенсивностидавления в центре североатлантических циклонов за один день до и непосредственно впервый день относительно начала солнечного протонного события.
Данные диаграммывзяты из работы Веретененко и Тайла [17]. Как можно увидеть на верхней панели рис.4.3 (а), в ходе всплесков солнечных протонов в подавляющем большинстве случаев~80% происходит усиление североатлантических циклонов. Заполнение циклонов илиполное отсутствие каких-либо изменений давления в них наблюдается в ~20% случаев.На нижней панели рис. 4.3 (б) представлена гистограмма распределения измененийдавления в центре циклона. Можно увидеть, что в ходе солнечных протонных событийнаиболее вероятное падение давления в центре циклона составляет 15 гПа, в то времякак в отсутствие СПС – только 5 гПа. Таким образом, в связи с солнечными протоннымисобытиями с потоками частиц Ер > 90 МэВ происходит интенсификация углубленияциклонов в районе юго-восточного побережья Гренландии.
После начала СПС циклоныуглубляются чаще и давление в их центре падает на большую величину, чем приспокойных условиях. Авторы [17] отмечают, что указанная интенсификация циклоновпроисходит в том районе Северной Атлантики, где при невозмущенных условиях чащевсего наблюдаются процессы регенерации циклонических образований. Это связано с117особенностями строения термобарического поля атмосферы в североатлантическомрегионе.аадо начала СПСt = -2 сутпосле начала СПСt = +0/1 сут7%8%14%25%67%79%углублениезаполнениедавление не меняется14Число случаев12бпосле начала СПСдо начала СПС1086420-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30Изменение давления, гПаРис.
4.3. Сравнительный анализ характера эволюции циклонов в умеренных широтахСеверной Атлантики (45-65ºс.ш. и 0-60º в.д.) до начала (δt = -2 сут) и после начала СПС(δt = 0/+1 сут); а – частоты углубления, заполнения и отсутствия изменений давления вциклоне; б – распределение изменений давления в центре циклона. Иллюстрация взята изработы Веретененко и Тайла [17].118Веретененко и Тайлом [17] также было показано, что интенсификацияциклонической деятельности в Северной Атлантике обусловлена регенерациейциклонов, находящихся на заключительном этапе своего развития, т.е. в стадииокклюзии. Очевидно, что процесс регенерации циклонов, находящихся в стадииокклюзии, способствует более продолжительному их существованию.
Таким образом,увеличение длительности ЭСП западной формы (W), наблюдающиеся после солнечныхпротонных событий, могут быть обусловлены не только ростом интенсивности(амплитуды) североатлантических циклонов, но и увеличением времени их жизни. Всвою очередь, рост продолжительности ЭСП, относящихся к меридиональной (С) формеатмосферной циркуляции, может быть связан с влиянием форбуш-понижений,следующих за солнечными протонными событиями.С другой стороны, развитие меридиональной формы атмосферной циркуляции (С)характеризуется формированием волн большой амплитуды и усилением межширотноговоздухообмена.
При этом развитие высокого теплого антициклона происходит надвосточной частью Атлантики и западной Европой, также наблюдается заполнениеисландского и алеутского минимумов. Как было показано во главе 3 настоящейдиссертации, форбуш-понижения ГКЛ сопровождаются более частым формированиемблокирующих антициклонов над северо-востоком Атлантики, западной Европой иСкандинавией. При этом отмечается, что в невозмущенных условиях блокирующиеантициклоны возникают в 43% случаев, тогда как при возмущающем влиянии форбушпонижений ГКЛ они возникают в 67% случаев.
Данные антициклоны занимаютстационарное положение, не смещаются в зональном потоке и блокируют переносвоздушных масс по направлению с Атлантики на континент. Подобное распределениебарических полей, наблюдаемое в ходе форбуш-понижений ГКЛ, способствуетувеличению продолжительности ЭСП, относящихся к меридиональной (С) формеатмосфернойциркуляции.Такжефорбуш-понижениякосмическихлучейсопровождаются заполнением циклонов у берегов Гренландии [79], что совместно сформированием блокирующего антициклона способствует в целом повышениюдавления в североатлантическом регионе, а также приводит к снижению интенсивностизападно-восточного переноса и зональной циркуляции над Северной Атлантикой.
Какследствие, уменьшается длительность макросиноптических процессов, относящихся кзападной (W) и восточной (Е) формам атмосферной циркуляции, для которых119характерноразвитиеобластинизкогодавленияизначительныезональныесоставляющие в североатлантическом секторе. Таким образом, наблюдаемые вариациипродолжительности ЭСП во время солнечных протонных событий и форбушпонижений космических лучей могут быть связаны с влиянием последних на эволюциюи время жизни барических образований (циклонов и антициклонов) в указанныхрегионах.1204.3 Выводы к главе 4В данной главе описаны результаты исследования вариаций длительности ичастоты повторяемости различных типов элементарных синоптических процессов(ЭСП), протекающихв атлантико-европейском секторе северного полушария, взависимости от интенсивности потоков солнечных (СКЛ) и галактических (ГКЛ)космических лучей, высыпающихся в атмосферу Земли.Показано, что резкий скачок интенсивности потока СКЛ, вызванный вспышечнойактивностьюСолнца,элементарныхприводитсиноптическихквозрастаниюпроцессов,среднейотносящихсякпродолжительностизападной(W)имеридиональной (C) формам атмосферной циркуляции согласно классификацииГ.Я.
Вангейгейма. Наблюдаемый эффект связан с регенерацией циклонов в СевернойАтлантике. При этом длительность ЭСП восточной (E) формы атмосферной циркуляцииостается без изменений.Форбуш-понижения космических лучей приводят к увеличению среднейпродолжительности элементарных синоптических процессов меридиональной (C)формы и уменьшению средней продолжительности элементарных синоптическихпроцессов, относящихся к восточной (E) и западной (W) формам атмосфернойциркуляции. Данный эффект обусловлен формированием области высокого давления,наблюдающейся в связи с интенсификацией блокирующих антициклонов (регенерациейантициклонов) над Западной Европой, Скандинавией и севером европейской частиРоссии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
