Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Предложен показатель эффективности воздействия солнечной активности на температуру тропосферы, который позволяет учесть пространственную неоднородность отклика на солнечное воздействие. В качестве индикатора солнечной активности выбран PC-индекс геомагнитной активности, разработанный для контроля магнитного поля Земли в высоких широтах. На основе данных реанализа NCEP/NCAR проведен сравнительный анализ вариаций предложенного показателя и изменений температуры нижней тропосферы во время геомагнитных возмущений. Обнаружено наличие высокой степени связи между температурой в слое 925–700 гПа и предложенным показателем воздействия. Пространственно-временной анализ вариаций показателя и изменений температуры показал, что показатель эффективности воздействия хорошо описывает как величину, так и знак наблюдаемых изменений пространственного распределения температуры нижней тропосферы по сравнению с часто используемыми индексами геомагнитной активности.
солнечная активность, геомагнитное возмущение, индекс геомагнитной активности, температура, влажность, солнечно-земные связи
ВВЕДЕНИЕ
Современные изменения температуры у поверхности Земли [Груза и др., 2015] обусловлены как внутренними причинами изменчивости климатической системы, так и внешними по отношению к системе процессами. Внешние факторы, способные влиять на состояние составляющих климатической системы, могут быть естественными, т. е. связанными, в первую очередь, с влиянием солнечной и вулканической активности, либо являться результатом антропогенного воздействия. Определение роли естественных и антропогенных факторов в изменениях климата поможет дальнейшему развитию прогностических моделей климата.
Вопрос о влиянии Солнца — основного источника энергии на планете — на процессы в нижней атмосфере интересует исследователей уже более столетия. Утверждение, что природные процессы на Земле контролируются солнечной активностью, появилось еще в начале прошлого века. По мере развития представлений о влиянии солнечной активности на различные явления метеорологического и биологического характера [Гульельми, Рубан, 2016] особый интерес приобретает вопрос о физических механизмах реализации солнечно-земных связей. Установлено, что прямое энергетическое воздействие потока солнечного излучения на приповерхностную температуру существенно меньше влияния углекислого газа [Мохов и др., 2012]. Поэтому идут поиски триггерных или параметрических механизмов, при которых небольшие воздействия могут приводить к существенным изменениям природной системы. К таким механизмам можно отнести воздействие на радиационный баланс в тропосфере, обусловленное изменениями глобальной электрической цепи вследствие вариаций солнечного ветра и межпланетного магнитного поля [Жеребцов и др., 2005; Tinsley, 2000; Kniveton et al., 2008]. В ряде работ проводится анализ воздействия галактических космических лучей на аэрозольный и малый газовый состав атмосферы и, как следствие, на процессы в нижней атмосфере [Пудовкин, Распопов, 1992, Svensmark, Friis-Christensen, 1997, Mironova et al., 2015].
Нелинейное воздействие солнечной активности на нижние слои атмосферы может реализовываться в системе общей циркуляции атмосферы. Данные, полученные в работах [Veretenenko, Ogurtsov, 2012, Karakhanyan, Molodykh, 2017], подтверждают, что существует значительная пространственно-временная неоднородность тропосферного отклика на солнечное воздействие, которая может быть связана с циркуляционными процессами в атмосфере. Установлено, что наибольший отклик в тропосфере наблюдается на средних и высоких широтах. Поэтому в качестве параметра, учитывающего данную закономерность, могут рассматриваться индексы, описывающие геомагнитную активность в авроральной зоне — области максимального проявления солнечного влияния. Следует отметить, что в пространственном распределении характеристики геомагнитной активности, обусловленные солнечной активностью, отражают только широтную зависимость, а отклик метеопараметров на солнечное воздействие имеет существенную долготную неоднородность. В связи с этим в настоящей работе предлагается показатель эффективности воздействия, который описывает влияние солнечной активности с учетом состояния тропосферы перед возмущением и во время геомагнитного возмущения.
___________________________________________________________________________________
Работа выполнена в рамках базового финансирования программы ФНИ II.16..
1. Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Рочева Э.В., Смирнов В.Д. Географические и сезонные особенности современного глобального потепления // Фундаментальная и прикладная климатология. 2015. Т. 2. С. 41-62.
2. Гульельми A.В., Рубан В.Ф. К 120-летию со дня рождения А.Л. Чижевского // Солнечно-земная физика. 2016. V. 2, N 4. P. 98-103. DOI:https://doi.org/10.12737/21347.
3. Жеребцов Г.А., Коваленко В.А., Молодых С.И., Рубцова О.А. Модель воздействия солнечной активности на климатические характеристики тропосферы земли // Оптика атмосферы и океана. 2005. Т. 18, № 12. С. 1042-1050.
4. Заболотная Н.А. Индексы геомагнитной активности: Справочное пособие. Изд. 2. М.: Издательство ЛКИ, 2007. 88 с.
5. Мохов И.И., Смирнов Д.А., Карпенко А.А. Оценки связи глобальной приповерхностной температуры с разными естественными и антропогенными факторами на основе данных наблюдений // Доклады академии наук. 2012. Т. 443, № 2. С. 225-231.
6. Пудовкин М.И., Распопов О.М. Механизм воздействия солнечной активности на состояние нижней атмосферы и метеопараметры (обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. 1992. Т. 32, № 5. С. 1-22.
7. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., et al. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project // Bull. Amer. Meteor. Soc. 1996. V. 77, N 3. P. 437-470. DOI:https://doi.org/10.1175/1520-0477(1996)077 <0437:TNYRP>2.0.CO;2.
8. Karakhanyan A.A., Molodykh S.I. Evolution of extratropical cyclones during disturbed geomagnetic conditions // Geomagnetism and Aeronomy. 2017. V. 57, N 5. P. 535-540. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793217050115.
9. Kniveton D.R., Tinsley B.A., Burns G.B., et al. Variations in global cloud cover and the fair-weather vertical electric field // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2008. V. 70, N 13. P. 1633-1642. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2008.07.001.
10. Mironova I.A., Aplin K.L., Arnold F., et al. Energetic Particle Influence on the Earth’s Atmosphere // Space Sci. Rev. 2015. V. 194, N 1-4. P. 1-96. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-015-0185-4.
11. Svensmark H., Friis-Christensen E. Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage - a missing link in solar-climate relationships // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1997. V. 59, N 11. P. 1225-1232. DOI:https://doi.org/10.1016/S1364-6826(97)00001-1.
12. Tinsley B.A. Influence of solar wind on the global electric circuit, and inferred effects on cloud microphysics, temperature, and dynamics in the troposphere // Space Sci. Rev. 2000. V. 94, N 1-2. P. 231-258.
13. Troshichev O.A., Janzhura A. Relationship between the PC and AL indices during repetitive bay-like magnetic disturbances in the auroral zone // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2009. V. 71, N 12. P. 1340-1352. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.05.017.
14. Troshichev O.A., Andrezen V.G., Vennerstrom S., Friis-Christensen E. Magnetic activity in the polar cap - a new index // Planet. Space Sci. 1988. V. 36, N 11. P. 1095-1102. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(88)90063-3.
15. Veretenenko S.V., Ogurtsov M.G. Study of spatial and temporal structure of long-term effects of solar activity and cosmic ray variations on the lower atmosphere circulation // Geomagnetism and Aeronomy. 2012. V. 52, N 5. P. 591-602. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793212050143.
16. URL: http://www.geophys.aari.ru/pc_about.html (дата обращения 11 мая 2018 г.).
17. URL: https://www.esrl.noaa.gov/psd (дата обращения 11 мая 2018 г.).
