WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
EFFECT OF SOLAR ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ACTIVITY ON THE LOWER АКТИВНОСТИ НА СОСТОЯНИЕ ATMOSPHERE AND WEATHER НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ M. I. PUDOVKIN И ПОГОДУ Recent studies have..

shown that solar flares and magnetic fields ‡-·„ „‰‡‚ ‚ released by the Solar wind from the Sun active 1.

regions modulate cosmic ray fluxes of Solar and В предлагаемом обзоре обсуждается одна из саGalactic origin. In turn, мых актуальных и в то же время вызывающая самые ожесточенные споры проблема современной геоthese fluxes determine физики – воздействие солнечной активности на соthe ionization rate of molстояние нижней атмосферы и погоду.

ecules in stratosphere Вопрос о реальности и физическом механизме and troposphere and thus солнечно-земных связей имеет достаточно длиthe state of cloudness тельную историю. Так, еще в конце прошлого века Г. Вильд [1] исследовал связь между солнечной акand atmospheric transpaтивностью и температурой воздуха в России. Поздrency. Experimental data нее В. Робертс [2] показал существование 22-летней and theoretical results are повторяемости засух в западных областях США;

discussed.

Шуурманс и Оорт [3] обнаружили регулярные изменения высоты уровней постоянного давления в тропосфере, связанные с интенсивными солнечными ‚ вспышками; Б. Тинслей и др. [4] выявили отчетл臄 fl, ‚- вые вариации высотного профиля температуры в тропосфере во время понижений интенсивности по ‚тока галактических космических лучей.

‡‚ ·‡Список экспериментальных данных, свидетель‚‡ ‡, ‰ствующих о наличии статистически достоверных связей между различными погодными явлениями и „ солнечной (и магнитной) активностью можно было „‡‡„ - бы увеличить в десятки или даже сотни раз. И тем не менее сама идея о влиянии солнечной активности ‰fl,, ‚ на состояние нижней атмосферы многими геофи‚ ‰, ‰зиками решительно отвергается как совершенно fl ‡неприемлемая [5]. И прежде всего дело в том, что мощность атмосферных процессов на несколько ‚‰‡ ‚ порядков превышает поток энергии, вносимой в ‡ околоземное космическое пространство (магнито ‡ сферу Земли) солнечным ветром; в связи с этим представляется крайне маловероятным, чтобы солfl ·‡ нечная активность могла существенно воздейство‡ ‡вать на состояние нижней атмосферы.

. ·‰‡fl Однако исследования, выполненные за послед‡ ‰‡ ние годы, позволили найти ключ к преодолению ‡ этого противоречия и тем самым к решению про ‡‚.

блемы солнечно-земных связей.

, ‹10, © ‰‚.., A 2. 700 мбар N = На рис. 1 по данным Главной геофизической обсерватории представлены вариации среднегодовых –5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 температур воздуха в Петербурге за период с 1775 по –1982 год. Обращают на себя внимание следующие –характерные особенности в ходе температур за ука–занный период.

1. Общее постепенное увеличение среднегодо500 мбар вой температуры за рассматриваемые двести лет от N = 3° C в 1775 – 1815 годах до 4,5° С в настоящее время, объясняемое, скорее всего, парниковым эффектом (см. раздел 4 этого обзора).

–5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2. Интенсивные (с амплитудой 1 – 2° С) “высо- –кочастотные” колебания с периодом 2 – 3 года. Эти –колебания имеют, скорее всего, внутриатмосфер- –ные причины, и мы их рассматривать не будем.

300 мбар 3. Относительно длиннопериодные колебания с N = периодом до нескольких десятков лет. Характерный период этих колебаний близок к периоду вариаций солнечной активности. И в самом деле, в частотных спектрах вариаций как сол–5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 –нечной активности, так и температуры воздуха наДни –блюдаются пики на периодах 11 – 13, 21 – 23, 35 – –43, 52 – 57 и 100 лет. Коэффициент корреляции –между ними равен 0,45 и является статистически достоверным [6], что свидетельствует о реальности связи между вариациями температуры и солнечной активности.

Рис. 2. Вариации индекса Блиновой A на различных изобарических уровнях. N – количество расЧрезвычайная изменчивость погоды в Петерсмотренных событий. Вертикальными отрезками бурге обусловлена, как известно, прохождением атпоказана величина стандартного отклонения.

лантических циклонов, траектории которых, в свою очередь, определяются топографией изобарических поверхностей и, следовательно, характером общей изобарических уровнях в ходе магнитосферного циркуляции атмосферы. Учитывая это обстоятель- возмущения [7]; за нулевой день (t = 0) принят день ство, рассмотрим, как влияют на циркуляцию ниж- начала интенсивного геомагнитного возмущения.

ней атмосферы вариации солнечной и магнитной Индекс Блиновой определяется как A = 103 /, где активности.

– средняя (в поясе широт = 45° – 65° ) угловая скорость зонального движения атмосферы относиНа рис. 2 показана полученная осреднением тельно поверхности Земли и = 2 /86400 – углоданных нескольких возмущений вариация индекса вая скорость вращения Земли; на широте ПетербурБлиновой, характеризующего интенсивность зога ( = 60° ) величина A = 1 соответствует линейной нальной циркуляции атмосферы, на различных скорости ветра = 23 см/с. Как видно из приведенных на рисунке графиков, развитие геомагнитного T, °C возмущения сопровождается отчетливой вариацией скорости циркуляции атмосферы: в интервале от минус первого до плюс второго дня индекс Блиновой оказывается на одну-две единицы повышенным, а в интервале от третьего до седьмого дня – на одну – три единицы пониженным.

Таким образом, скорость атмосферной циркуляции оказывается на 20 – 40 см/с выше нормы на начальной фазе и на 20 – 60 см/с пониженной на позд1775 1815 1855 1895 1935 ней фазе возмущения.



Напомним, что под действием сил инерции КоРис. 1. Вариации среднегодовой температуры в Петербурге. риолиса скорость ветра направлена перпендику.. лярно градиенту давления, то есть вдоль изобар. Со- h и полагая, что давление изменяется с высотой по ответственно азимутальная (то есть направленная барометрическому закону вдоль географической параллели на восток) компоp = p0e-µ gh/kT, нента скорости ветра равна где µ – средний молекулярный вес воздуха, получаем V = –----------------------- p, (1) µ g2 sin p(hi) -------- pi h, (3) kT где p – меридиональная составляющая градиента давления.

Ai RE hi( ) – hi( ) hi ------------------------(cos2 – cos2 ), (4) 1 2 1 Таким образом, индекс Блиновой для пояса ши103gрот (, ) на некоторой высоте hi связан с разно1 здесь hi – высота уровня постоянного давления pi.

стью давления на границах пояса на этой же высоте Следовательно, возмущение, представленное на соотношением рис. 2, обусловлено уменьшением высот изобариче p(hi) p1(h) – p2(h) = ских поверхностей на высокоширотной границе пояса Блиновой во время первой фазы и их увели Ai чением во время второй фазы. Величина этих воз = ---------- R2 (cos2 – cos2 ). (2) E 1 мущений, рассчитанная на основе экспериментальных данных (рис. 3) и выражения (4), представлена Выражению (2) можно придать несколько иную в табл. 1. Приведенные в таблице данные показываформу. Действительно, разлагая p в ряд по степеням ют, что величина составляет в среднем около 17 м Вт/мS а б –SqPs –Sc = S – Sq(1 + Ps) в 0,г 0,L 0,I III V VII IX XI 1982 1983 1984 1985 1986 1987 Месяц 1982 года Годы Рис. 3. Вариации среднесуточных (слева) и осредненных по 81-дневным интервалам (справа) величин: а – полная солнечная радиация S; б – блокировка солнечной радиации пятнами SqPs; в – остаточная солнечная радиация Sc = S - Sq(1 + Ps); г – интенсивность солнечной радиации в L -свете.

, ‹10, Таблица 1. Вариации индекса Блиновой A и высо- В последнее время появилось много публикаты различных изобарических уровней в ходе атмо- ций, свидетельствующих о том, что интенсивность сферного возмущения солнечной радиации отчетливо зависит от распределения на поверхности Солнца активных образоПервая фаза Вторая фаза ваний, таких, как солнечные пятна, факелы и флоккулы.

Давление, A A Как было показано Р. Вильсоном [8] и Х. Хадсомбар ном и др. [9], появление на диске Солнца относи700 2,4 17,0 - 3,3 - 23,тельно темных пятен может вызвать ослабление ин500 2,7 19,1 - 2,9 - 20,5 тенсивности солнечного излучения на несколько десятых долей процента. К тому же факелы вызыва300 2,4 17,0 - 3,4 - 24,ют увеличение солнечной радиации. И хотя увеличение яркости Солнца в области факелов составляв первый день возмущения и около - 23 м на четвер- ет лишь несколько процентов, область, занятая тый-пятый день. При этом совершается работа по- ими, обычно на порядок больше суммарной площарядка ± (5 – 7) 1026 эрг [7]. В то же время из солнеч- ди пятен, так что обусловленные этими образованиями вариации интенсивности солнечной радиации ного ветра в магнитосферу Земли поступает энергия 1023 эрг/сутки, что на 3 – 4 порядка меньше энер- оказываются одного порядка.

гии рассматриваемого атмосферного возмущения.

На рис. 3а (слева) по данным [10] представлены Таким образом, непосредственно солнечный ветер вариации общей интенсивности свечения Солнца в не может быть энергетическим источником атмотечение 1982 года; на рис. 3б – величина ослабления сферных возмущений, что и является одним из осэтого свечения, обусловленного прохождением по новных доводов против возможности воздействия диску Солнца пятен: S = SqPs, где Sq – интенсивсолнечной активности на погодные явления. Расность свечения “спокойного” Солнца и Ps – “функсмотрим возможные источники искомой энергии.

ция блокировки” этого свечения пятнами. Видно, что некоторые из минимумов излучения (например, имевшие место в феврале, марте, июне и июле) 3. действительно обусловлены эффектом солнечных пятен. В то же время остаточная солнечная радиация (то есть величина, равная Sc = S - Sq(1 + Ps)), характеКак известно, спектр излучения Солнца близок к спектру абсолютно черного тела, нагретого до тем- ризующая избыточную радиацию и представленная пературы 5770 К при существенном дефиците излу- на рис. 3в, отчетливо коррелирует с интенсивностью чаемой энергии в диапазоне близкого ультрафиолета эмиссии L (кривая 3г), генерируемой в области яр(УФ). В то же время интенсивность солнечной ради- ких магнитных образований вне активной области.

ации в далеком УФ и рентгеновском диапазоне на Таким образом, прохождение активных образонесколько порядков больше соответствующего излуваний по диску Солнца действительно отчетливо чения абсолютно черного тела. Такое различие в модулирует суммарную интенсивность солнечного спектрах Солнца и абсолютно черного тела объясизлучения. Вместе с тем амплитуда этих вариаций, няется тем, что коротковолновое излучение в разкак видно из рис. 2а, не превышает 0,25%.

личных диапазонах длин волн генерируется в разВ правой части рис. 3 представлены сглаженные личных областях атмосферы Солнца.

по 81-дневным интервалам вариации тех же величин: S, SqPs, Sc и L – в ходе одиннадцатилетнего В частности, излучение с длиной волны < солнечного цикла. Из рисунка видно, что интенгенерируется в хромосфере и короне Солнца, то сивность солнечного излучения испытывает также есть в областях, температура которых много выше и отчетливую циклическую вариацию: величина S температуры фотосферы. В то же время известно, максимальна в 1981 – 1982 и 1989 годах, то есть в что параметры хромосферы и короны весьма изменэпоху максимума солнечной активности, и миничивы и существенно зависят от уровня солнечной мальна в 1985 – 1987 годах, то есть в эпоху минимуактивности, так что неудивительно, что интенсивма солнечной активности. Однако амплитуда цикность коротковолнового излучения Солнца также лической вариации интенсивности солнечного существенно изменяется изо дня в день и с уровнем излучения оказывается даже меньше амплитуды солнечной активности. Относительная величина кратковременных вариаций и составляет около циклической вариации интенсивности солнечного 0,1%.





излучения достигает фактора 10 при = 300 – и резко уменьшается при > 2000. В результате Таким образом, вариации солнечной радиации интегральная интенсивность солнечного волнового не являются энергетическим источником рассматизлучения (так называемая солнечная постоянная, риваемых атмосферных возмущений. В связи с равная K = 1,37 106 эрг/(см2 с) на орбите Земли) не этим чрезвычайно интересными представляются испытывает вариаций более 0,1%. полученные К.Я. Кондратьевым и Г.А. Никольским.. [11] результаты, свидетельствующие о заметном (до даемые во время геомагнитных возмущений (так 6%) изменении в ходе одиннадцатилетнего солнеч- называемые форбуш-понижения), обусловленные ного цикла прозрачности атмосферы. Рассмотрим рассеянием энергичных заряженных частиц магэто подробнее.

нитными полями, выносимыми из атмосферы Солнца высокоскоростными потоками солнечного 4. ветра, и 2) всплески потоков солнечных космических лучей (СКЛ), обусловленные солнечными Относительно плотная атмосфера надежно защивспышками.

щает земную поверхность от смертоносной коротковолновой радиации с < 3000. ДлинноволноНа рис. 4а по данным субавроральной обсервавая радиация с > 104 также эффективно тории Оленек [12] представлены вариации относипоглощается атмосферой. Вместе с тем достаточно тельной интенсивности S солнечной радиации на широкое окно в атмосферном экране наблюдается поверхности Земли в ходе геомагнитного возмущена длинах волн = 3000 – 10000, то есть в области ния и связанного с ним форбуш-понижения интенмаксимума интенсивности в спектре солнечного сивности потока галактических космических лучей;

излучения, что обеспечивает проникновение больнулевой день t = 0 соответствует началу форбуш-пошей части солнечной энергии в нижнюю атмосферу нижения (за единицу принята средняя величина S в и к поверхности Земли.

минус второй-третий дни. Как видно из рисунка, Не менее важно существование и второго окна через день после начала возмущения величина S в на длинах волн порядка = (0,7 – 1,5) 105. Эта авроральной зоне достигает максимума около 8% от длина волны соответствует максимуму излучения нормального значения S в рассматриваемом широтабсолютно черного тела, нагретого до температуры ном поясе. Поскольку вне атмосферы вариации инТ 300 K, что близко к средней температуре поверхтенсивности солнечной радиации, как мы видели, ности Земли. Таким образом, инфракрасное окно не превышают 0,25%, ее изменения, наблюдаемые играет существенную роль в регулировании темпена поверхности Земли, могут быть обусловлены изратуры воздуха в нижней атмосфере.

менениями прозрачности атмосферы.

Итак, параметры входного и выходного окон в атмосферном экране таковы, что обеспечивают на а поверхности Земли и в нижней атмосфере именно 1,ту температуру, которая необходима для существования органической жизни. Заметим, что такое сочетание условий является, по крайней мере для планет 1,Солнечной системы, уникальным, что делает Землю единственным в своем роде космическим объектом.

Однако оптические характеристики атмосферы б 1,не являются раз и навсегда заданными величинами.

Дело в том, что поглощение солнечного излучения в атмосфере зависит от содержания в ней озона, 1,водяных паров, окиси углерода и других “малых составляющих”, концентрация которых может существенно меняться. В результате этого термодина1,мическое равновесие в атмосфере является весьма хрупким и легко может быть нарушено. В частности, всевозрастающий приток в атмосферу углекислого 0,газа, образующегося в результате технической деятельности человека, уже в настоящее время приводит к уменьшению скорости вывода тепла из атмо0,сферы (так называемый парниковый эффект) и соответственно к повышению температуры Земли –3 –2 –1 0 1 2 3 4 (см. раздел 2 и рис. 1).

Дни Заметное изменение химического состава и содержания малых составляющих, а также прозрачноРис. 4. Полученные методом наложенных эпох сти атмосферы вызывается, в частности, вариациявариации прямой солнечной радиации, измеренми потока ионизирующего излучения в атмосфере, ной в полуденные часы на обсерватории Оленек в наблюдаемыми во время магнитосферных возмуходе форбуш-понижений интенсивности ГКЛ (а) и щений. в ходе всплесков СКЛ (б). Нулевой день (t = 0) соответствует началу форбуш-понижения для криОсновными типами таких вариаций являются:

вой (а) и началу всплеска СКЛ для кривой (б). Вер1) кратковременные понижения интенсивности тикальными отрезками показана величина стангалактических космических лучей (ГКЛ), наблю- дартного отклонения.

, ‹10, S, отн. ед.

Но если уменьшение потока энергичных косми- щения которой достигает максимума = 6 10- 19 смческих частиц вызывает увеличение прозрачности на длине волны около 4000 [13].

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.