Троицк, Россия
Троицк, Россия
Троицк, Россия
Троицк, Россия
Троицк, Россия
Иркутск, Россия
Приводится оценка барометрического эффекта нейтронной компоненты космических лучей с учетом ветра на примере антарктической станции «Мирный». С этой целью использовались часовые данные непрерывного мониторинга нейтронной компоненты и данные локальной метеостанции за 2007–2014 гг. Скорость ветра на ст. «Мирный» в течение 2–3 мес. в зимний период достигает 20–40 м/с, что соответствует динамическому давлению 5–6 мбар, что, в свою очередь, приводит примерно к 5%-й ошибке в вариациях нейтронной компоненты из-за динамических эффектов в атмосфере. Результаты представляют интерес применительно к детекторам, расположенным в высокоширотных и высокогорных районах, где скорость ветра в отдельные периоды может быть значительной.
Вариации галактических космических лучей, барометрический эффект, нейтронные мониторы
ВВЕДЕНИЕ
При исследовании вариаций первичного космического излучения очень эффективными являются такие прецизионные детекторы, как нейтронные мониторы. Так, статистическая точность стандартного нейтронного супермонитора 18-NM-64 на уровне моря при часовом усреднении составляет ~0.15 %, поэтому необходимо обеспечить уровень прочих возможных ошибок не хуже этой статистической ошибки. К таким возможным ошибкам относятся ошибки, связанные с исключением барометрического эффекта из данных наблюдений. Типичная точность современных датчиков давления 0.2 мбар, что дает нам требуемую точность поправок ≈0.15 %. Однако имеется еще одно, более трудно учитываемое обстоятельство. Барометрический эффект, который в первую очередь обусловлен поглощением нейтронов в атмосфере, определяется количеством вещества над детектором, т. е. статическим давлением. Применяемые датчики давления измеряют полное давление как сумму статического и динамического давления. Задачами настоящей работы являются экспериментальное определение вклада динамического давления и введение необходимых поправок в данные наблюдений.
Динамическое давление обусловлено ветровым потоком и равно кинетической энергии единичного объема вещества:
PD=½ρV2,
где ρ - плотность воздуха, V - скорость потока. Однако только часть кинетической энергии CxPD преобразуется в потенциальную энергию и воздействует на препятствие и в конечном счете на показания датчика давления. Коэффициент пропорциональности Cx, или аэродинамический коэффициент, зависит от геометрии препятствия и числа Рейнольдса. Влияние ветра для отдельных событий исследовалось ранее [Lockwood, Calawa, 1957; Dubinsky et al., 1960; Kawasaki, 1972; Buticofer, Flugiker, 1999; Dorman, 2004]. Обзор этих работ сделан в книгах [Дорман, 1972; Dorman et al., 1999]. Однако детальный анализ динамического эффекта ветра, включающий антарктические станции, где наблюдаются очень сильные стоковые ветра, не проводился.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ
Регулярный мониторинг космических и метеорологических параметров на ст. «Мирный» осуществляется с 2007 г. Анализ проводился на базе данных с часовым разрешением, исправленных на барометрический эффект по классической методике [Kobelev et al., 2011], с привлечением скорости счета нейтронного монитора 12-NM-64. Для оценки турбулентности потока привлекались также данные по атмосферному давлению и скорости ветра с минутным разрешением.
На антарктических станциях, в том числе и на ст. «Мирный», в связи с особенностями рельефа наблюдаются стоковые ветра. Максимальной силы стоковые ветра достигают антарктической зимой - с апреля по ноябрь они дуют почти непрерывно. На рис. 1 приведена наблюдаемая скорость ветра за 2007-2014 гг. с минутным разрешением.
1. Дорман Л.И. Метеорологические эффекты космических лучей. М.: Наука, 1972. 211 с.
2. Крымский Г.Ф., Кузьмин А.И., Кривошапкин П.А. и др. Космические лучи и солнечный ветер. М.: Наука, 1981. 224 с.
3. Шакина Н.П. Лекции по динамической метеорологии. М.: ТРИАДА, 2013. 160 с.
4. Buticofer R., Flugiker E.O. Pressure correction of GLE measurements in turbulent winds // Proc. 26th ICRC, Salt Lake City. 1999. V. 6. P. 395-398.
5. Dorman L. Cosmic rays. Variations and Space Explorations. North-Holland Publishing Company; American Elsevier Publishind Company, 1974. 675 p.
6. Dorman L.I., Villoresi G., Iucci N., et al. Cosmic ray survey to Antarctica and coupling functions for neutron component in solar minimum (1996-1997). 3. Geomagnetic effects and coupling functions // Proc. of 26th ICRC, Salt Lake City. 1999. V. 7. P. 382-385.
7. Dorman L. Cosmic Rays in the Earth´s Atmosphere and Underground. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2004. P. 855. (Astrophysics and Space Science Library. V. 303).
8. Dubinsky J., Chaloupka P., Kawalski T. Wind influence on cosmic ray neutron intensity // Mat.-fys. časop. 1960. V. 10, N 1. P. 57-62.
9. Kawasaki S. On the anomalous barometric coefficient of cosmic-ray neutron monitor at Mt. Norikura // Sci. Rеp. Inst. Phys. Chem. Res. 1972. V. 66. P. 25-32.
10. Kobelev P., Belov A., Mavromichalaki E., et al. Variations of barometric coefficients of the neutron component in the 22-23 cycles of solar activity // Proc. 32nd ICRC, Beijing, China. 2011. V. 11. P. 382-385. DOI: 10.7529/ ICRC2011/V11/0654.
11. Kobelev P., Belov A., Eroshenko E., Yanke V. Reception coefficients and energy characteristics of the ground level cosmic ray detectors // Proc. 33rd ICRC, Rio de Janeiro. 2013. id 0878. URL: ftp://cr0.izmiran.ru/Proceedings/(ICRC); http://www.cbpf.br/~icrc2013/papers/icrc2013-0878.pdf (accessed October 2, 2015).
12. Lockwood J.A., Calawa A.R. On the barometric pressure coefficient for cosmic ray neutrons // J. Atmos. Terr. Phys. 1957. V. 11. P. 23-30.
