Введение.
Изучение глобальных изменений окружающей среды и климата, является в последние десятилетия одним из наиболее приоритетных направлений научных исследований. Анализ возможного влияния геофизических, межпланетных и техногенных факторов на состояние земной атмосферы, климатические изменения, в частности процесс глобального потепления, приобретают интерес и актуальность во всем мире [1-9].
В работах [1,2] приводятся исследования влияния кратковременных форбуш-понижений в ГКЛ на облачный покров. В [1] показано что при АЕ>300 нТл (среднесуточный АЕ-индекс, 12 событий) наблюдается понижение облачности после начала форбуш-понижения интенсивности космических лучей, что соответствует положительной корреляции и антикорреляции плотности облачного покрытия с интенсивностью потока КЛ при АЕ<300 нТл(18 событий). В [2] получено, что наблюдается глобальное изменение облачного покрова ~ 1.4% непосредственно после форбуш-понижения.
В работах [3,4,8] проведен анализ динамики атмосферного давления в периоды форбуш-понижений. В [3] исследованы вариации атмосферного давления в районе Северной Атлантики. Обнаружен значительный рост давления над Скандинавией и севером Европейской части России с максимумом на 3–4 день относительно дня начала форбуш-понижения. Показано, что причиной роста давления в указанном регионе является формирование блокирующего антициклона в области климатического положения арктического фронта и резкое замедление движения североатлантических циклонов в восточном направлении. В [8] проведенное исследование показало, что в ходе исследуемых фобуш-понижений ГКЛ наблюдается увеличение давления в умеренных и высоких широтах, наиболее четко выраженные в области климатического арктического фронта, проходящего вдоль восточного побережья Гренландии и далеевдоль побережья Северного Ледовитого океана, а также в области полярного фронта в восточной части Северной Атлантики. В [4] показано, что форбуш-понижения ГКЛ сопровождаются увеличением давления с максимумом на +3/+4-й день после начала события, по аннымаэрологических зондирований в Соданкюле (Финляндия, ф ≈ 67° N) [5], то согласуется с изменениями зонального давления в области широт 50–75° N [6].
В работах [4,7] рассмотрены вариации циклонов, антициклонов. Уменьшение циклонической завихренности в умеренных широтах обнаружено в связи с короткопериодными изменениями (форбуш- понижениями) потока ГКЛ [4]. В [7] показано, что типы циркуляции в периоды резких усилений геомагнитной активности при экстремальных событиях на Солнце отражают неустойчивость атмосферы, количество циклонов и антициклонов на Северном полушарии соотносится с ростом геомагнитной возмущенности. Отмечено - количество циклонов возрастает через 4 дня по завершению больших магнитных бурь.
Настоящая работа посвящена изучению отдельных аспектов проблемы влияния гелиофизических факторов на пространственновременную динамику метеорологических параметров (граница нижней облачности, давление) полученных в измерениях на станциях, расположенных в Республике Казахстан (РК). В работе проводится анализ изменения метеопараметров нижней атмосферы над территорией Казахстана в зависимости от форбуш-понижений для периода 2000-2010 гг.
Экспериментальные данные, анализ.
Для исследования влияния процессов на солнце на метеорологические условия Казахстанского региона для периода в 2000-2010 гг. сформированы базы метеорологических данных. Базы включают - измерения температуры воздуха, влажности воздуха, параметров облачности и ветра, давления и ряд других метеопараметров, полученных на 123 наземных метеостанциях. Из общей базы данных по метеопараметрам (123 метеостанции РК) выделены метеостанции, включающие непрерывный временной ряд метеоданных, данных за период 2000-2010гг (~ 50 станций) перекрывающих практически всю территорию РК (48°48'E - 83°33'E #34691 – Новый Ушаган, #36208 –Лениногорск; 42°51'N- 54°50'N - #38431 Тараз, #28679 Петропавловск).
В качестве параметра солнечной активности в работе использовались данные о форбуш-эффектах и солнечных протонных событиях ( http://helios.izmiran.rssi.ru/) полученные на основе экспериментальных данных нейтронного монитора ( г. Москва, ИЗМИРАН, Rg ~2,5 GV). Данные по Форбуш-эффектами для 2000-2010гг. приведены в табл.№1.
Таблица 1 -Динамика форбуш-эффектов для периода 2000-2010гг.
|
Годы |
Количество Форбуш-эффектов |
|
Всего понижение потока КЛ >0%) |
в том числе (понижение потока КЛ >=3%) |
|
|
2000 |
98 |
14 |
|
2001 |
93 |
20 |
|
2002 |
87 |
16 |
|
2003 |
88 |
11 |
|
2004 |
74 |
7 |
|
2005 |
64 |
16 |
|
2006 |
59 |
3 |
|
2007 |
61 |
0 |
|
2008 |
90 |
2 |
|
2009 |
29 |
0 |
|
2010 |
44 |
9 |
Исследование динамики метеопараметров проводилось на основе модифицированного метода «наложенных эпох» [9, 10]. В качестве реперных точек, в методе «наложенных эпох», выбраны даты запуска ракеты-носителя. Длина временного массива составляла 31 сутки, с центральным ―0‖-днем на 16 сутки, соответствующим дате запуска. На основе полученных данных формировались матрицы данных 31*N*K, где N – количество метеостанций, K- количество солнечных событий. По полученным данным определялись корреляционные матрицы [10], отражающие статистическую связь для дней до и после события. Корреляционная функция позволяет получить представление о связи метеоданных в дни солнечных событий (форбуш-понижения, солнечные протонные событи) и метеоданными для 15 дней до пуска (невозмущенный период) и 15 дней после пуска.
На рис.1,2 приведен график динамики изменения границы нижней облачности в период значимых форбуш-понижений, рассчитанные по данным метеостанций РК для отдельных лет – 2003 г (11 событий) и свод 2000- 2010гг. На рис. 3, 4 приведены графики динамики изменения давления, в периоды значимых форбуш-понижений, рассчитанные по данным метеостанций РК для отдельных лет – 2000 г (12 событий) и среднее за период 2000-2010гг. Как показывает анализ для периода 2000- 2010гг из 9 лет, когда происходили значимые форбуш-понижения, для 8 лет по полученным данным наблюдалось понижение границы нижней облачности в период 2-3 дней после события. Изменение давление в сторону увеличения в течение 2-4 дней после события наблюдался для 6 лет из 9. Полученные результаты находятся в хорошем согласии с результатами работ [1-4,8].
Заключение
В работе проведен анализ возможного влияния значимых форбуш- понижений на динамику метеопараметров нижней атмосферы по данным метеостанций Республики Казахстан (~50 метеостанций) за период 2000-
2010гг. Определена динамика отклонения метеопараметров, получены корреляционные матрицы. Показано понижение границы нижней облачности, и увеличение давление в период 2-4 дней после начала форбуш-понижения.
Авторы благодарят за оказанную финансовую поддержку работы в рамках проекта по подпрограмме: Ф.0351-2 Физика формирования и эволюция космической погоды по ПФИ: «Изучение систем и объектов ближнего и дальнего космоса, исследования земли из космоса, развитие научных основ космических технологий».
проявления солнечно-земных связей в динамике облачности Северной Азии по данным ДЗЗ, Солнечно-земная физика, вып.12, т.2, С.329-331.
- Todd, M.C. and Kton, D.R., 2001: Changes in cloud cover associated with Forbush decreases of galactic cosmic rays. Journal of Geophysical Research, 106 (D23): 32031-32041
- Артамонова И.В. (2009). Влияние короткопериодических вариаций интенсивности космических лучей на эволюцию барических систем умеренных и высоких широт. БШФФ- Секция А. Физика околоземного космического пространства, С. 55–57, 2009.
- Tinsley B.A., Deen G.W. Apparent tropospheric response to MeV-GeV particle flux variations: a connection via electrofreezing of supercooled water in high-level clouds? // Journal of geophysical research, v. 96, N. 12. p. 283– 296, 1991.
- Pudovkin M.I., et al. Meteorological characteristic changes in the high- latitudinal atmosphere associated with forbush-decreases of galactic cosmic rays // Advances of space research, v. 20, N. 6. p.1169-1172, 1997.
- Pudovkin M.I., Babushkina S.V. Influence of solar flares and disturbances of the interplanetary medium on the atmospheric circulation // Journal of atmospheric and solarterrestrial physics, v. 54, N. 7/8. p.841-846, 1992.
- Вальчук Т.Е., Кононова Н.К. Экстремальные события на Солнце в проявлениях тропосферной циркуляции на земле. Труды IX Пулковскоймеждународной конференции. ГАО РАН, Пулково, 4-9 июля 2005 г, С. 510, 2005.
- Авакян С.В., Воронин Н.А. Тренды солнечно-геомагнитной активности и глобальное изменение климата. «Солнечная и солнечноземная физика – 2008», Санкт-Петербург, Пулково, 7 – 12 июля, С.3-8, 2008.
- Пановский Г.А., Брайер Г.В. Статистические методы в метеорологии.- Л.:Гидрометеоиздат, 241 С. 1967.
- Садоков В.П., Акимов И.В., Кузнецова Н.Н., Федунова Т.М. Статистический анализ элементов погоды во время пусков ракет- носителей с космодрома «Байконур».- Труды Гидрометцентра России- вып. 337, 2002.