CC BY
65
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.5 (571.56):551.590.2 М. С. Васильев, С. В. Николашкин, Р. Р. Каримов
ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗЕМНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ЯКУТИИ ВО ВРЕМЯ КРУПНЫХ ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЙ
Приводятся результаты исследования временного характера (или его отсутствие) среднесуточной изменчивости приземной температуры воздуха в Якутии во время крупных Форбуш-понижений (ФП) без учета условий отбора и максимальным понижением плотности космических лучей с амплитудами AF>16 %. За нулевые моменты At = 0 для анализа методом наложения эпох принимались первые дни ФП. Использованы натурные данные метеорологических станций ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД» и климатического архива NCEP/NCAR (нисходящий поток солнечной радиации, общая облачность), данные которого основаны на регулярных метеорологических наблюдениях, аэрологической и спутниковой информации. Предварительно проведено сопоставление данных метеорологических станций и реанализа (рассчитаны корреляционные взаимосвязи), вследствие чего принято решение использования данных NCEP/NCAR лишь в качестве рассмотрения временных вариаций (функции аппроксимации), а не их абсолютные значения. Рассмотрено порядка ста (исходя из событий и количества метеостанций) временных вариаций температуры воздуха. Выявлены различные особенности сезонных и пространственных отличий. Результаты исследования показали, что на территории Якутии (юг, центр, север) наблюдается временная изменчивость термического режима в событии ФП, которая характеризуется резким увеличением (весенний период) и максимальным приростом на шестые сутки относительно среднего невозмущенного фона наблюдаемого до ФП, к тому же прирост увеличивается с широтой. Предложен комплексный подход при изучении влияния процессов, происходящих вне земной атмосферы, на термический режим поверхности Земли.
Ключевые слова: приземная температура воздуха, Форбуш-понижения, солнечная активность, космические лучи, метод наложения эпох, корреляционный анализ, реанализ, National Centers Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research, наземные наблюдения, Якутия.
ВАСИЛЬЕВ Михаил Семенович - мл. н. с. лаборатории оптики атмосферы Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН.
E-mail: ms_vasiliev@ikfia.sbras.ru
VASILIEVMikhail Semyonovich - Junior Scientific Researcher of the Laboratory of Atmospheric Optics, the Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy named after Yu. G. Shafer, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences.
E-mail: ms_vasiliev@ikfia.sbras.ru
НИКОЛАШКИН Семен Викторович - к. ф.-м. н., зав. лабораторией оптики атмосферы Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН.
E-mail: nikolashkin@ikfia.sbras.ru
NIKOLASHKIN Semyon Viktorovich - Candidate of Physical-Mathematical Sciences, Head of the Laboratory of Atmospheric
Optics, the Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy named after Yu. G. Shafer, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences.
E-mail: nikolashkin@ikfia.sbras.ru
КАРИМОВ Рустам Рамильевич - к. ф.-м. н., ст. н. с. лаборатории радиоизлучений ионосферы и магнитосферы Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН.
E-mail: karimov@ikfia.sbras.ru
KARIMOV Rustam Ramilyevich - Candidate of Physical-Mathematical Sciences, Senior Scientific Researcher of the Laboratory of Radio Emissions, Ionosphere and Magnetosphere, the Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy named after Yu. G. Shafer, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences.
E-mail: karimov@ikfia.sbras.ru
M. S. Vasiliev, S. V. Nikolashkin, R. R. Karimov
Temporal Variability of Surface Air Temperature in Yakutia During Large Forbush Decreases
The results of investigation of temporal variability of the average daily variation of surface air temperature in Yakutia during large Forbush decreases (FD) without consideration of the maximum decreases of cosmic ray density with amplitudes AF>16 % and selection conditions is presented. As the start times At = 0 for the analysis the first day of FD are used. The meteorological date of the station RIHMI-WDC and the climate archive (reanalyse) NCEP/NCAR (downward solar radiation flux, total cloud) are used. These dates are based on the regular meteorological observations, aerological and satellite information. The comparison of the data of meteorological stations and the reanalysis (the correlation relation is calculated) has been held previously. As a result it was decided to use the date of NCEP/NCAR only for the consideration of temporal variability (approximation function) and not for absolute value. About 100 temporal variations (according to the events and number of stations) of temperature are considered. The space-time differences are found. The result shows that in Yakutia (south, center, and north) the variability of air temperature during the FD is observed. This variability is characterized by the sharp increase (spring) and the effect of maximum increase (relatively to the average unperturbed level before a FD). In addition, the effect is increased with latitude. The integrated approach for the study of the influence of processes out of Earth atmosphere on the air temperature on the Earth surface is suggested.
Key words: air temperature, Forbush decreases, solar activity, cosmic rays, superposed epoch analysis, correlation analysis, reanalysis, European Interim ReAnalysis, National Centers Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research, ground-based observations, Yakutia.
Введение
Исследования в области солнечно-земной физики по-прежнему являются наиболее актуальными. В настоящее время научное сообщество продолжает искать связь проявлений солнечной активности (СА) с магнитным полем и атмосферой Земли. По нашему мнению, влияние процессов, происходящих вне земной атмосферы, на термический режим поверхности земли, особенно на региональном уровне, требуют целого ряда комплексных исследований в условиях меняющегося климата во всех его проявлениях.
Безусловно, одним из ярких представителей в области исследований солнечно-земной физики XX века является выдающийся ученый-геофизик М. И. Пудовкин (1933-2004). В работе приводится краткий обзор работ М. И. Пудовкина и его группы по изучению проблемы воздействия потоков космических лучей (КЛ), модулируемых вариабельностью СА, на процессы в нижней атмосфере и климатические параметры [1]. Авторы констатируют факт того, что и сейчас еще нет количественной теории для объяснения физического механизма воздействия КЛ на атмосферные процессы. Однако известно, что во время эффекта Форбуша или Форбуш-понижения (ФП) происходит кратковременное и резкое изменение интенсивности потока КЛ в период гелиомагнитных возмущений (часто ФП сопровождаются сильными геомагнитными возмущениями) [2-4], что приводит к ряду изменений климатических параметров ([1] и ссылки в ней).
Цель работы - выявить временной характер (или его отсутствие) среднесуточной изменчивости приземной температуры воздуха (ПТВ, оС) в Якутии во время крупных ФП.
Исходные данные и периоды исследования
Для достижения поставленной цели в качестве метеорологического параметра ПТВ нами были использованы оригинальные данные наземных наблюдений в Якутии (ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД» -http://www.meteo.ru).
Одной из основных причин пространственно-временных изменений ПТВ является солнечная радиация, создающая локальное нарушение баланса энергии, влияние потоков которых зависит от распределения облачного покрова. В связи с чем в работе дополнительно были привлечены данные реанализа NCEP/NCAR (National Centers Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research): параметр нисходящего потока солнечной радиации (НПСР, Вт/м2) и общей облачности (%). Подробно с данными климатического архива NCEP/NCAR можно ознакомиться в работах [5-6].
Исследование было проведено в периоды крупных ФП (табл. 1) [7]. Одним из основных параметров, которые характеризуют данный эффект, является его амплитуда AF (или максимальное понижение плотности КЛ в событии ФП).
В табл. 1 представлены события крупных ФП (без учета условий отбора, то есть те события, начало которых не было отдалено от соседних ФП в интервале времени от 24 до 60 часов) за период наблюдения КЛ (1957-2011). Вариации плотности и анизотропии КЛ получены методом глобальной съемки (для частиц с жесткостью 10 ГВ как наиболее близкой к эффективной жесткости частиц, регистрируемых нейтронными мониторами). Результаты объединены с солнечными, межпланетными и геомагнитными характеристиками в специально созданной сотрудни-
Таблица 1
Даты событий крупных Форбуш-понижений
Дата событий 12.11.1960 13.03.1989 28.10.1991 13.07.1982 14.02.1978 20.10.1989 12.06.1991 24.03.1991 04.08.1972 29.10.2003
Период года Осень Весна Осень Лето Зима Осень Лето Весна Лето Осень
af 16.1 16.6 17.4 19.8 20.2 20.4 20.5 21.3 24.9 28.0
ками ИЗМИРАН базе данных межпланетных возмущений и ФП (http://cr20.izmiran.rssi.ru/ AnisotropyCR/Index.php) [8, 9].
Сопоставление временных вариаций НПСР и общей облачности с данными прямых наблюдений
Безусловно, данные климатических архивов проходят ряд процедур проверки качества данных, которые подтверждают достоверность и адекватность полученной метеорологической информации. Для конкретных пространственных областей результаты различных реанализов могут значительно различаться, так что их использование для региональных оценок должно подвергаться анализу их согласованности с соответствующими данными прямых наблюдений. Последнее, в частности, относится к таким регионам (например, Восточная Сибирь), где небольшое число метеостанций нерегулярно разбросано по большой территории [10].
Данные НПСР (Downward solar radiation flux) на уровне поверхности Земли (что составляет 99 % [11-12]) реанализа NCEP/NCAR представляют собой коротковолновую тепловую радиацию (ультрафиолетовую - 0,1-0,39 мкм; видимый свет - 0,4-0,76 мкм; инфракрасную - 0,76-4 мкм). Однако этот набор данных относится к группе «С» [5-6], который не связан с непосредственным усвоением прямых наблюдений и получен за счет ассимиляции других полей. В связи с чем (табл. 2) нами проведено сопоставление НПСР NCEP/NCAR с данными, находящимися в наличии в МЦРД (Мировом Центре Радиационных Данных - http://wrdc.mgo.rssi.ru):
ст. Якутск, ст. Оленек и ст. Верхоянск. МЦРД является лабораторией Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова, Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, бывшего Государственного комитета по гидрометеорологии СССР и расположен в г. Санкт-Петербург. Пространственное сопоставление наземных данных и реанализа проведено вокруг метеостанций с «ячейками», соответствующими широтно-долготному разрешению NCEP/NCAR.
В табл. 2 представлены коэффициенты линейной корреляции Пирсона среднесуточных значений НПСР между данными наземных наблюдений и NCEP/ NCAR с уровнем значимости 99 % при г = 0,55.
^ А А крит ^
Не заполненные ячейки соответствуют отсутствию данных наземных наблюдений.
В табл. 2 коэффициенты корреляции (выделены жирным шрифтом), немного меньшие или близкие к гкрит, могут быть связаны со временем усреднения суточных значений НПСР (наземные наблюдения -интервал 3 ч., NCEP/NCAR - 6 ч.), а также, как показал анализ, проведенный по материалам наблюдений актинометрических станций, исходные ряды солнечной радиации имеют неисключенные погрешности, которые возникают из-за инструментальных ошибок и микроклиматических различий [13]. Однако преимущественно ~80 % преобладания положительных коэффициентов корреляции свыше г говорят о временной согласованности данных наземных наблюдений и реанализа.
На рис. 1 для примера представлен график
Таблица 2
Корреляционный анализ среднесуточных значений НПСР. Период - день начала ФП (± 10 дней)
Корреляция (R) Период (± 10 дней) ст. Якутск ст. Оленек ст. Верхоянск
12.11.1960 - - -
04.08.1972 0.802 - 0.625
14.02.1978 0.872 0.902 0.919
Наземные наблюдения & 13.07.1982 0.590 0.629 0.644
13.03.1989 0.733 0.845 0.813
NCEP/NCAR 20.10.1989 0.353 0.470 0.722
24.03.1991 0.652 0.532 0.618
12.06.1991 0.856 0.367 0.789
28.10.1991 0.891 0.753 0.840
29.10.2003 0.520 - 0.865
Рис. 1. График среднесуточных значений НПСР по данным реанализа и ст. Верхоянск за период 2-22 июня 1991 г. (12.06.1991 г. ± 10 дней). В рамках приведены уравнения функции аппроксимации (полиномы шестого порядка) НПСР
среднесуточных значений НПСР по данным реанализа и ст. Верхоянск за период 2-22 июня 1991 г. (12.06.1991 г. ± 10 дней).
Видно (рис. 1), что за данный промежуток времени значения НПСР отличаются по амплитуде, а также имеются незначительные временные расхождения, но при использовании функции аппроксимации (в данном случае полиномы шестого порядка) можно добиться абсолютной схожести.
Облачность имеет большое климатообразующее значение и влияние на оборот тепла на Земле [14]. С исследованиями, посвященными анализу пространственно-временных характеристик облачного покрова (в разные сезоны, разное время суток, над разной подстилающей поверхностью) по данным спутниковых и наземных наблюдений, а также реанализа, можно ознакомиться в работах [15-17].
В работе [18] проведен анализ общей доли облачности над полярными регионами Северного полушария (севернее 60° с. ш.) по данным наземных наблюдений, спутникового мониторинга и систем реанализа (всего 16 баз данных). Показано, что системы реанализа в целом не воспроизводят общую облачность в Арктике адекватно, однако необходимы дополнительные исследования, в частности, для регионов, где отмечена наибольшая рассогласованность данных: в Гренландии, Канадском Арктическом архипелаге и на севере Восточной Сибири. В связи с чем также, как и с рядами данных НПСР, необходимо провести сопоставление данных (облачность) метеорологических станций и реанализа для выявления
временной согласованности в разных частях Якутии. Однако краткий анализ архивных данных по облачному покрову сервера «Погода России» (данные с декабря 1998 г. - http://meteo.infospace.ru) показал неудовлетворительное состояние по имеющейся информации данного метеорологического продукта для сопоставления с данными реанализа. В частности наблюдаются большое количество пропусков в наблюдениях, неоднозначность определения балла облачности, так как его значение определяется наблюдателем визуально (особенно во время смога и тумана) и носит субъективный характер. Например, для метеорологических станций Якутск, Алдан, Шелагонцы, Усть-Мома, Тикси, Оленек и Верхоянск -за исследуемый период октябрь-ноябрь 2003 г. данные по типам облачности (нижняя, средняя и верхняя) отсутствуют.
Для примера (рис. 2) мы сопоставили имеющиеся данные наземных наблюдений (ст. Якутск), NCEP/ NCAR (Total cloud cover - daily, группа «С») и бортового радиометра MODIS/Terra за период 1-31 июля 2009 года. Данные MOD08_D3 - Level 3 Daily Joint Aerosol/Water Vapor/Cloud Product, collection 5.1 находятся в свободном доступе в архиве NASA (http://ladsweb.nascom.nasa.gov/) c широтно-долготным разрешением 1 x 1 градус [19-22].
На сегодняшний день существует более полутора десятка баз данных наблюдений за облачностью. Однако в настоящее время до сих пор нет эталонных наблюдений [15]. Несмотря на это, видно (рис. 2), что за данный промежуток времени значения общей
О -1-1-г-1-г-'-1-г-1-г-1-1-г-1-г-1-1-г-1-г-1-1-г-1-г-1-1-г-1-
01.0" ¿009 06 0" .¿009 11.0" ¿009 16 0" ¿009 ¿1.0" ¿009 ¿6 0" ¿009 31.0" ¿009
Дни
-□- NCEP/NC AR -о- ст. Якукк
-й- МОШЗЛГепа -Пшшномтпьньш (NCEJVNCAR)
-Полшо 1\п 1альньпi (сi Яюлек) -Полиномтчьньпi (blODIS.Teii а)
у = 8Е-06Х6 - ¿.OIS2X5 -+ ¿018"тх4 - 1Е+10Х3 + ЗЕ+14Х2 - .«¡E+13X + 3E+22
R2 = 0,5083
у = "Е-06хе - 1,"89"Х5 + 1"90Ых4 - 1Е+10х': +ЗЕ+14Х3 - 5Е+18х + ЗЕ+22
К2 = CU2S"
У = 4Е-06Х6 -l.CMSSx3 + 104905Х4 - 6Е+09Х3 + ¿Е+-14Х2 -
R2 = 0,¿30¿
Рис. 2. График среднесуточных значений общей облачности по данным КСЕР/ЫСАЯ, ст. Якутск и MODIS/Terra за период 1-31 июля 2009 г. Ниже в рамках приведены функции аппроксимации (полиномы шестого порядка) вариаций облачности
облачности, как и в случае с вариациями НПСР, отличаются по амплитуде, имеются временные расхождения, но при использовании функции аппроксимации схожи. Коэффициент линейной корреляции Пирсона среднесуточных значений облачности между данными наземных наблюдений и ЫСЕР/ЫСАЯ с уровнем значимости 99 % равен 0.685 при г =0.45, Р,1СЕР/ЫС.0 , МОБге/Т = 0.483,
* крит ' ^СЕР/ЫСАЯ & МОБ^/Тегга
О = 0 553
ст. Якутск & МОБЕ/Тегт
Таким образом, исходя из вышеописанного (табл. 2, рис. 1, 2) и постановки цели работы, нами принято решение использовать данные реанализа КСЕР/ЫСАЯ (общая облачность, НПСР) лишь в качестве рассмотрения временных вариаций (функции аппроксимации), а не их абсолютные значения.
Результаты и обсуждение
На первоначальном этапе исследования было рассмотрено порядка ста (исходя из крупных событий ФП и количества метеостанций) временных вариаций ПТВ. Выявлены различные особенности сезонных и пространственных отличий. В связи с чем для
пространственно-временных особенностей проявления ФП в вариациях ПТВ на территории Якутии был выделен ряд групп метеостанций (рис. 3), находящихся в трех географических широтных зонах:
• I группа - (Южная зона «ЮЗ» -56-59 град. с. ш.): ст. Алдан (58°37'N, 125°22ЧЕ) и ст. Чульман (56о50^, Шо52,Е);
• II группа - (Центральная зона «ЦЗ» -60-64 град. с. ш.): ст. Мирный (62о32^, П3о52,Е), ст. Вилюйск (63о46^, 121о37,Е), ст. Якутск (62о05^, 129о45,Е) и ст. Оймякон (63о15^, 143о09чЕ);
• III группа - (Северная зона «СЗ» -65-72 град. с. ш.):ст. Тикси (7P354N, 128о55,Е), ст. Оленёк (68о30^, 112о26чЕ), ст. Верхоянск (67о33^, 133о23,Е) и ст. Усть-Мома (66о27^, 143о14'Е).
Известно, что ионы, образуемые в атмосфере за счет ударной ионизации высокоэнергичными частицами КЛ, становятся центрами конденсации водяного пара в результате процесса гидратации, что приводит в конечном итоге к формированию облаков [23]. Во время ФП галактических космических лучей
Рис. 3. Расположение метеостанций на территории Якутии
наблюдается уменьшение облачного покрова в авроральной и субавроральной зонах [24]. А также наблюдается статистически значимое увеличение суточного прихода суммарной радиации, свидетельствующее об уменьшении облачности (обнаружено на ряде метеостанций в области широт севернее 60° с. ш.) [25]. Следовательно, во время ФП, по крайней мере, стоит ожидать проявления следующих эффектов: уменьшения облачности, увеличения НПСР и, как следствие, возможно, увеличения суточного термического режима.
На рис. 4 представлены вариации среднесуточных величин (весенний период) ПТВ, облачности и НПСР во время крупных ФП 13.03.1989 г. и 24.03.1991 г. в разных широтных областях, т. к. для остальных периодов (лето, осень и зима) статистически значимые эффекты не обнаружены. Значения по двум событиям подвергнуты усреднению в связи со схожей картиной вариабильности параметров. За нулевые моменты А/ = 0 для анализа методом наложения эпох принимались первые дни ФП, т. к. характерная длительность явления вблизи Земли - несколько суток.
Видно (рис. 4 а, б, в), что в первые дни после ФП на территории Якутии наблюдается резкое уменьшение облачности с постепенным возвращением к «исходному» уровню на ~ 5-6 сутки. НПСР в трех широтных областях до и после А/ = 0 имеет общий тренд роста: «ЮЗ» - у = 0.0154х +0.811, R2 = 0.5711;
«ЦЗ» - у = 0.0214х +0.7783, R2 = 0.926; «СЗ» - у = 0.026х +0.7415, R2 = 0.9274. Вследствие большего количества поступления НПСР на поверхность Земли при наблюдаемом резком снижении процента облачного покрытия с первых дней после начала ФП, наблюдается значительный рост ПТВ. Максимальный прирост ПТВ на шестые сутки после ФП от среднего невозмущенного фона наблюдаемого до А/ = 0 в «ЮЗ» составляет 7 оС, «ЦЗ» - 12 оС и «СЗ» - 17 оС. Поведение параметра ПТВ на 7-е и последующие сутки после ФП имеет неоднозначный характер и в целом подвержен вариабильности НПСР, облачности и возможным климатообразующим факторам региона.
Следует отметить, что прирост ПТВ увеличивается с широтой, а максимальное значение (после ФП на шестые сутки) наблюдается в «СЗ» - 17 оС относительно «ЦЗ» и «ЮЗ». Предположительно, это можно интерпретировать следующим образом: полярные регионы характеризуются повышенным облачным покровом, который препятствует поступлению солнечной радиации, а среднесуточные колебания ПТВ на таких широтах имеют наименьшие амплитуды колебания (см. рис. 4 «СЗ» - до ФП (~ ±1-2 оС)). Следовательно, резкое уменьшение площади покрытия небосвода облаками приводит к относительно наибольшему притоку НПСР, что и сказывается на суточных колебаниях термического режима.
К тому же стоит отметить, что исследуемые
Рис. 4. Вариации среднесуточных величин ПТВ, облачности и НПСР во время крупных ФП (13.03.1989 г. и 24.03.1991 г.) в разных широтных областях. Индексы: а) южная зона, б) центральная зона и в) северная зона
периоды на интервале ±1-4 дня до ФП сопровождались всплесками солнечных космических лучей с энергиями, превышающими Ер>10 МэВ (с потоком протонов в максимуме 1т>10 см2с1ср1) [26-29], которые могли бы создать противоположный эффект в ионизации нижних слоев стратосферы [24]. Однако проявившийся эффект термической изменчивости во время весеннего периода (рис. 4) может быть дополнительно связан с усилением процессов циклогенеза, обусловленного максимальными температурными контрастами в приземном слое атмосферы [30-31].
Рассмотрим более подробно события весеннего периода и возможные источники солнечного возмущения. На рис. 5 представлен сводный график СА (числа Вольфа) за период 1954-2013 гг. и геомагнитного индекса Dst (нТл) за период март 1989 г. На графике красными сплошными кругами отмечены годы исследования (см. табл. 1).
Из рис. 5 видно, что годы (1989, 1991) с проявившимися температурными эффектами во время крупных ФП в весенний период приходятся на эпоху максимума
СА. События летнего, осеннего и зимнего периодов приходятся на ветви подъема и спада СА. Самая сильная буря с начала космической эры (с 1957 г.) наблюдалась 13 марта 1989 г., когда Dst-индекс геомагнитной активности достигал - 640 нТл (данные Мирового центра по геомагнетизму, Киото (Япония) http ://wdc .kugi.kyoto-u.ac .j p/dstdir/index.html), а 24 марта 1991 г. - Dst-индекс составлял ~300 нТл. В остальные периоды исследования наблюдалась геомагнитная активность в 2-3 раза меньше относительно события 13.03.1989 г. Возможным проявлением такой геомагнитной активности служат источники солнечного возмущения, генерированные выбросами корональной массы (Coronal mass ejection - CME) и корональными дырами (Corotating interaction region - CIR). Причем полярные CIR уменьшаются в размерах на фазе подъема СА и совсем исчезают в эпоху максимума, а максимальные размеры имеют на фазе спада [32]. Наряду с этим стоит отметить то, что в 19-21 и 23 цикле СА преимущественно наблюдались отрицательные фазы арктического колебания, во время которых происходил экспорт арктического холода
МаГсЬ 1989_Рз1 (Р1пд1)_
(■Т)| ' ' ' ' ' ' ' ' ' ! ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
юо V V и ^.' V ' V ' "-'"'"I -''"
200 к зоо - 1 |
■400
1 611 ОЗЬ16 21 26 зГ
Годы 1954 1963 1972 1981 1990 1999 2008 2013
Рис. 5. Сводный график СА (числа Вольфа) за период 1954-2013 гг. и геомагнитного индекса Dst (нТл) за период март 1989 г.
в средние широты [33]. В связи с чем необходимо рассматривать события ФП наряду с процессами, происходящими в атмосфере Земли.
Что касается временной изменчивости ПТВ во время ФП в летний, осенний и зимний сезоны, то, например, в осенний период (сентябрь-ноябрь) до и после начала ФП наблюдается картина общего тренда роста облачности и спада НПСР, ПТВ. В летний период (июнь-август) - неоднозначная картина, так как возможны дополнительные источники (климатообразующие факторы региона), влияющие на термический режим, формирование облачности и приток НПСР. В зимний период (декабрь-февраль) небосвод преимущественно покрыт плотным облачным покровом и смогом, препятствующим притоку НПСР. Однако в работе [34] в осенний период по данным метеостанции Шаджатмас (вблизи Кисловодска) после ФП 29.10.2003 наблюдается прирост ПТВ, что говорит о регионально-сезонном характере возможных проявлений ФП в термическом режиме.
Представленные в работе эффекты, относящиеся к характеру временных изменений облачности, имея относительно малый статистический набор данных, хотя отличительной чертой которого являются события во время крупных ФП, частично согласуются с результатами, полученными в работе [24]. Однако авторы работы [24] рассмотрели вариации облачности во время ФП галактических КЛ (при
отсутствии всплесков солнечных КЛ в течение первых трех дней до ФП) с амплитудами Ар>3 % (верхний предел амплитуд не указан). Исследование проведено по двум сезонам: зима (октябрь-март - 42 события) и лето (апрель-сентябрь - 21 событие) - в зимний период которого подпадают события, описанные в рис. 4.
Заключение
Результаты проведенного исследования показали, что на территории Якутии во время крупных ФП (без учета условий отбора) при относительно максимальном понижении плотности КЛ наблюдается временная изменчивость ПТВ. Такая изменчивость характеризуется резким увеличением (весенний период) и максимальным приростом на шестые сутки относительно среднего невозмущенного фона наблюдаемого до ФП, к тому же прирост ПТВ увеличивается с широтой.
Однако стоит отметить, что необходимо проведение более детального исследования, требующего комплексного подхода. В первую очередь необходимы оригинальные актинометрические данные наземных наблюдений (с регулярной сетью расположения). Во-вторых, отсутствие наличия эталонных наблюдений за облачным покровом препятствует тщательному анализу данных, вследствие чего необходимо сопоставление большого количества имеющихся в мире баз данных за облачным покровом и приведение их рядов к единому виду.
Л и т е р а т у р а
1. Распопов О. М., Веретененко С. В. Солнечная активность и космические лучи: влияние на облачность и процессы в нижней атмосфере (памяти и к 75-летию М.И. Пудовкина) // Геомагнетизм и аэрономия. - 2009. - Т. 49.
- № 2. С. 147-155.
2. Forbush S. E. On the effects in the cosmic-ray intensity observed during the recent magnetic storm // Phys. Rev. - 1937. -V. 51. - P. 1108-1109.
3. Dorman L. I. Cosmic ray variation and space research. -Moscow: AN USSR. - 1963. - 1027 p.
4. Белов А. В., Ерошенко Е. А., Оленева В. А., Струминский А. Б., Янке В. Г. Чем обусловлены и с чем связаны Форбуш-эффекты? // Изв. РАН. Сер. физ. - 2001. -Т. 65. - № 3. - C. 373-376.
5. Kalnay E. and ^authors. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 1996. -P. 437-470.
6. Kistler R., Kalnay E., Collins W., Saha S. et. al. The NCEP-NCAR 50-Year Reanalysis: Monthly Means CD-ROM and Documentation // Bull. Amer. Met. Soc. 2001. - V. 82. № 2.
- P. 247-267.
7. Абунин А. А. Характеристики Форбуш-эффектов и их связь с солнечными, межпланетными и геомагнитными возмущениями: Дисс. ... к. физ.-мат. н.: 01.03.03. - Москва, 2014. - 155 c.
8. Belov A. V., Eroshenko E. A., Yanke V. G. Modulation Effects in 1991-1992 Years // Proc. 25th Int. Cosmic Ray Conf., Durban. - 1997. - V. 1. - P. 437-440.
9. Belov A. V., Eroshenko E. A., Yanke V. G. Cosmic ray effects caused by great disturbances of the interplanetary medium in 1990-1996 // Proc. 26th Int. Cosmic Ray Conf., Salt Lake City. - 1999. - V. 6. - P. 431-434.
10. Гордов Е. П. Вычислительно-информационные технологии мониторинга и моделирования климатических изменений и их последствий. - Новосибирск: Наука, 2013. - 199 c.
11. Кондратьев К. Я. Лучистая энергия солнца. - Л., Гидрометеоиздат. 1954. - 600 c.
12. Зверева С. В. В мире солнечного света. - Л., Гидрометеоиздат. 1988. - 160 c.
13. Рекомендации по определению климатических характеристик гелиоэнергетических ресурсов на территории СССР. - Л., Гидрометеоиздат. 1987. - 31 c.
14. Беспалов Д. П. и др. Атлас облаков / Федер. служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Гл. геофиз. обсерватория им. А. И. Воейкова. -Санкт-Петербург: Д'АРТ, 2011. - 248 c.
15. Чернокульский А. В. Анализ глобального поля облачности и связанных с его вариациями климатических эффектов: Дисс. ... к. ф.-м. н.: 25.00.29. - М., 2010. - 179 c.
16. Васильев М. С., Васильева С. А., Соловьев В. С., Козлов В. И. Исследование распределения пирогенных событий и облачного покрова в Якутии (1997-2005 гг.) по данным дистанционного зондирования // Вестник Якутского
государственного университета им. М. К. Аммосова. 2006. Т. 3, № 1. - C. 36-42.
17. Васильев М. С., Соловьев В. С. Особенности широтного распределения облачности в Западной и Восточной Сибири в 23-м солнечном цикле // Наука и образование. - 2011. - № 1(61). - С. 18-22.
18. Чернокульский А. В. Климатология облачности в арктических и субарктических широтах по данным спутниковых и наземных наблюдений и данных реанализа // Солнечно-земная физика. - 2012. - Вып. 21. - C. 73-78.
19. King M. D., Kaufman Y. J., Menzel W. P., Tarne D. Remote sensing of cloud, aerosol, and water vapor properties from the Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS). IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 30, no. 1, Jan. 1992. - Р. 2-27.
20. Ackerman S. A., et al. Discriminating clear-sky from clouds with MODIS. // J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103. № D24. pp. 32,141-32,157.
21. King M. D., et. al. Cloud and aerosol and water vapor properties, precipitable water, and profile of temperature and humidity from MODIS, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2003. Vol 41. P. 442-458.
22. Frey R. A., Ackerman S. A., Liu Y. H., Strabala K. I. et. al. Cloud detection with MODIS. Part I: Improvements in the MODIS cloud mask for collection 5 // J. Atmos. Oceanic Technol. 2008. V. 25. № 7. P. 1057-1072.
23. Svensmark H., Pedersen J. O. P., Marsch N. D. et. el. Experimental evidence for of ions in particle nucleation under atmospheric conditions // Proc. Roy. Soc. London. A. 2007. V. 463. P. 385-396.
24. Веретененко С. В., Пудовкин М. И. Эффекты Форбуш-понижений галактических космических лучей в вариациях общей облачности // Геомагнетизм и аэрономия. -1994. - Т. 34. - № 4. - C. 38-44.
25. Веретененко С. В., Пудовкин М. И. Влияние вариаций галактических космических лучей на поступление солнечной радиации в нижнюю атмосферу // Геомагнетизм и аэрономия. -1997. - Т. 37. - № 2. - C. 55-60.
26. Catalog of Solar Particle Events 1955-1969 / Ed. by Z. Svestka, P. Simon. Dordrecht-Holland. Boston-USA: D. Reidel Publ. Company. 1975. - 430 p.
27. Каталог солнечных протонных событий 1970-1979 гг. / Под ред. Логачева Ю. И. - М.: ИЗМИРАН, 1983. - 184 с.
28. Каталог солнечных протонных событий 1980-1986 гг. / Под ред. Логачева Ю.И. - М.: МГК-АН СССР - МЦД-Б2, 1990. - Т. 1-2. 365 с.
29. Catalogue of solar proton events 1987-1996 / Ed. Yu.I. Logachev. M.: Lomonosov Moscow State Univ. 1998. 246 p.
30. Воробьев В. И. Синоптическая метеорология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 616 с.
31. Матвеев Л. Т., Матвеев Ю. Л. Облака и вихри - основа колебаний погоды и климата. - Санкт-Петербург: РГГМУ, 2005. - 327 с.
32. Коваленко В. А. Солнечный ветер. - М.: Наука, 1983. 272 с.
33. Васильев М. С. Николашкин С. В. Исследование проявления солнечно-земных связей на приземную температуру воздуха в Якутии по данным метеорологических станций // Наука и образование. - 2014. - № 2(74). - С. 124-130.
34. Дубаренко К. А. и др. Возможности прогноза погодно-климатических характеристик с учетом солнечно-геомагнитной активности // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. - Вып. 2 (195). - 2014. - С. 202-209.
R e f e r e n c e s
1. Raspopov O. M., Veretenenko S. V. Solnechnaja aktivnost' i kosmicheskie luchi: vlijanie na oblachnost' i processy v nizhnej atmosfere (pamjati i k 75-letiju M. I. Pudovkina) // Geomagnetizm i ajeronomija. 2009. - T. 49. - № 2. - S. 147-155.
2. Forbush S. E. On the effects in the cosmic-ray intensity observed during the recent magnetic storm // Phys. Rev. - 1937. -V. 51. - P. 1108-1109.
3. Dorman L. I. Cosmic ray variation and space research. Moscow: AN USSR. - 1963. - 1027 p.
4. Belov A. V., Eroshenko E. A., Oleneva V. A., Struminskij A. B., Janke V. G. Chem obuslovleny i s chem svjazany Forbush-jeffekty? // Izv. RAN. Ser. fiz. - 2001. - T. 65. - № 3. - S. 373-376.
5. Kalnay E. and ^authors. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 1996. -P. 437-470.
6. Kistler R., Kalnay E., Collins W., Saha S. et. al. The NCEP-NCAR 50-Year Reanalysis: Monthly Means CD-ROM and Documentation // Bull. Amer. Met. Soc. 2001. - V. 82. № 2. -P. 247-267.
7. Abunin A. A. Harakteristiki Forbush-jeffektov i ih svjaz' s solnechnymi, mezhplanetnymi i geomagnitnymi vozmushhenijami: dissertacija ... kand. fiz.-mat. nauk: 01.03.03. -Moskva, 2014. - 155 s.
8. Belov A. V., Eroshenko E. A., Yanke V. G. Modulation Effects in 1991-1992 Years // Proc. 25th Int. Cosmic Ray Conf., Durban. - 1997. - V. 1. - P. 437-440.
9. Belov A. V., Eroshenko E. A., Yanke V. G. Cosmic ray effects caused by great disturbances of the interplanetary medium in 1990-1996 // Proc. 26th Int. Cosmic Ray Conf., Salt Lake City. - 1999. - V. 6. - P. 431-434.
10. Gordov E. P. Vychislitel'no-informacionnye tehnologii monitoringa i modelirovanija klimaticheskih izmenenij i ih posledstvij. - Novosibirsk: Nauka, 2013. - 199 s.
11. Kondrat'ev K. Ja. Luchistaja jenergija solnca. L., Gidrometeoizdat. 1954. - 600 s.
12. Zvereva S. V. V mire solnechnogo sveta. - L., Gidrometeoizdat. 1988. - 160 s.
13. Rekomendacii po opredeleniju klimaticheskih harakteristik geliojenergeticheskih resursov na territorii SSSR. - L., Gidrometeoizdat. 1987. - 31 s.
14. Bespalov D. P. i dr. Atlas oblakov / Feder. sluzhba po gidrometeorologii i monitoringu okruzhajushhej sredy (Rosgidromet), Gl. geofiz. observatorija im. A. I. Voejkova, Sankt-
Peterburg: D'ART, 2011. - 248 s.
15. Chernokul'skij A. V. Analiz global'nogo polja oblachnosti i svjazannyh s ego variacijami klimaticheskih jeffektov: dissertacija ... kandidata fiziko-matematicheskih nauk: 25.00.29. - Moskva, 2010. - 179 s.
16. Vasil'ev M. S., Vasil'eva S. A., Solov'ev V. S., Kozlov V. I. Issledovanie raspredelenija pirogennyh sobytij i oblachnogo pokrova v Jakutii (1997-2005 gg.) po dannym distancionnogo zondirovanija // Vestnik Jakutskogo gosudarstvennogo universiteta im. M. K. Ammosova. 2006. - T. 3, № 1. - S. 36-42.
17. Vasil'ev M. S., Solov'ev V. S. Osobennosti shirotnogo raspredelenija oblachnosti v Zapadnoj i Vostochnoj Sibiri v 23-m solnechnom cikle // Nauka i obrazovanie. 2011. №1 (61). -S. 18-22.
18. Chernokul'skij A. V. Klimatologija oblachnosti v arkticheskih i subarkticheskih shirotah po dannym sputnikovyh i nazemnyh nabljudenij i dannyh reanaliza // Solnechno-zemnaja fizika. 2012. Vyp. 21. - S. 73-78.
19. King M. D., Kaufman Y. J., Menzel W. P., Tarne D. Remote sensing of cloud, aerosol, and water vapor properties from the Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS). IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 30, no. 1, Jan. 1992. - P. 2-27.
20. Ackerman S. A., et al. Discriminating clear-sky from clouds with MODIS. // J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103. № D 24.
- P. 32,141-32,157.
21. King M. D., et. al. Cloud and aerosol and water vapor properties, precipitable water, and profile of temperature and humidity from MODIS, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2003. Vol 41. - P. 442-458.
22. Frey R. A., Ackerman S. A., Liu Y. H., Strabala K. I. et. al. Cloud detection with MODIS. Part I: Improvements in the MODIS cloud mask for collection 5 // J. Atmos. Oceanic Technol. 2008. - V. 25. № 7. - P. 1057-1072.
23. Svensmark H., Pedersen J. O. P., Marsch N. D. et. el. Experimental evidence for of ions in particle nucleation under atmospheric conditions // Proc. Roy. Soc. London. A. 2007.
- V. 463. - P. 385-396.
24. Veretenenko S. V., Pudovkin M. I. Jeffekty Forbush-ponizhenij galakticheskih kosmicheskih luchej v variacijah obshhej oblachnosti // Geomagnetizm i ajeronomija. 1994. - T. 34. № 4. - S. 38-44.
25. Veretenenko S. V., Pudovkin M. I. Vlijanie variacij galakticheskih kosmicheskih luchej na postuplenie solnechnoj radiacii v nizhnjuju atmosferu // Geomagnetizm i ajeronomija. 1997. - T. 37. № 2. - S. 55-60.
26. Catalog of Solar Particle Events 1955-1969 / Ed. by Z. Svestka, P. Simon. Dordrecht-Holland. Boston-USA: D. Reidel Publ. Company. 1975. - 430 p.
27. Katalog solnechnyh protonnyh sobytij 1970-1979 gg. / Pod red. Ju.I. Logacheva. M.: IZMIRAN 1983. - 184 s.
28. Katalog solnechnyh protonnyh sobytij 1980-1986 gg. / Pod red. Ju.I. Logacheva. M.: MGK-AN SSSR - MCD-B2. 1990. T. 1-2. - 365 s.
29. Catalogue of solar proton events 1987-1996 / Ed. Yu.I. Logachev. M.: Lomonosov Moscow State Univ. 1998. - 246 p.
30. УогоЪ'еу V. I. 8тор11сЬе8ка)а те1еого1(^уа // Ь.: О1(1готе1ео1211а1;. 1991. 616 8.
31. Ма1уееу Ь. Т., ММуееу 1и. Ь. ОЪ1ака 1 уШп - о8иоуа ко1еЪап1) pogody 1 Ыта^ // Sankt-PeterЪurg: ЯООМи. 2005. -327 8.
32. Коуа1епко V. А. So1nechnyj уе1ег. М.: Ыаика, 1983. - 272 8.
33. Vasi1'eу М. S. Niko1ashkin S. V. Iss1edoуanie рго]ау!ет|а
so1nechno-zemnyh sуjazej na prizemnuju 1етрега1иги уozduha у 1акиШ ро dannym meteoro1ogicheskih stancij // Nauka ! оЪжоуате, 2014. - № 2 (74). - S. 124-130.
34. Dubarenko К. А. i (!Г. Vozmozhnosti prognoza pogodno-k1imaticheskih harakteristik s uchetom so1nechno-geomagnitnoj aktiуnosti // Nauchno-tehnicheskie уedomosti Sankt-PeterЪurgskogo gosudarstуennogo po1itehnicheskogo uniуersiteta. - Vyp. 2 (195). 2014. - S. 202-209.
