Zimnyaya anomaliya poglosheniya radiovoln i magnitnoe pole Zemli
2.04.2004 20:47 | Phys.Web.Ru

Annotaciya

V poslednie gody v svyazi s sozdaniem eksperimental'noi bazy iz mnogoletnih ryadov nablyudenii razlichnyh parametrov atmosfery poyavilas' vozmozhnost' izuchat' klimatologiyu verhnei atmosfery, vklyuchayushei v sebya srednyuyu atmosferu i prilegayushuyu k nei nizhnyuyu ionosferu - oblast' vysot ot 10 km do 120 km. Naibol'shii interes dlya klimatologii predstavlyayut regulyarnye, dlitel'no sohranyayushiesya kolebaniya atmosfernyh harakteristik. Sovokupnost' etih ustoichivyh variacii i sostavlyaet, na nash vzglyad, soderzhanie klimata. Dolgovremennaya izmenchivost' atmosfernyh parametrov v znachitel'noi stepeni opredelyaetsya urovnem solnechnoi aktivnosti (11-letnim ciklom, solnechnymi protonnymi vspyshkami i svyazannymi s nimi solnechnymi protonnymi sobytiyami - vysypaniem protonov na granice magnitosfery) i vozmushennost'yu magnitnogo polya Zemli.

Nami issledovalas' izmenchivost' minimal'noi chastoty otrazheniya f_min , kak kachestvennoi harakteristiki poglosheniya radiovoln v ionosfere, po nablyudeniyam v Irkutske pri perehode ot 21-ogo cikla solnechnoi aktivnosti (1969-1979 gg.) k 22-omu (1980-1991 gg.). Poluchen interesnyi i ves'ma neozhidannyi rezul'tat: vsem izvestnaya tak nazyvaemaya "zimnyaya anomaliya" poglosheniya, otchetlivo vyrazhennaya vo vse zimy 21-ogo cikla solnechnoi aktivnosti, prakticheski otsutstvuet v zimnie periody sleduyushego za nim 22-ogo cikla. Pogloshenie rezko snizilos' posle zimy 1979/1980 gg. Vozmozhnoe ob'yasnenie etomu, na nash vzglyad, daet izmenenie sostoyaniya urovnya geomagnitnoi aktivnosti. Kak okazalos', v 21-om cikle chislo dnei s anomal'no vysokim poglosheniem horosho korreliruet s chislom magnitovozmushennyh dnei, korrelyaciya zametno umen'shilas' v 22-om cikle. Rassmotrena takzhe rol' solnechnyh protonnyh sobytii i magnitnyh bur' v izmenchivosti minimal'noi chastoty otrazheniya radiovoln ot ionosfery, zavisimost' f_min ot temperatury na poverhnosti Zemli i temperatury v stratosfere na urovne 30 gPa.

Vvedenie

Minimal'naya chastota otrazheniya f_min mozhet sluzhit' odnoi iz klimatologicheskih harakteristik verhnei atmosfery pri analize ee klimaticheskih osobennostei [1]. Izvestno takzhe, chto f_min mozhet ispol'zovat'sya pri ocenke tak nazyvaemogo "neotklonyayushegosya" poglosheniya radiovoln v ionosfere. Pogloshenie svyazano s minimal'noi chastotoi otrazheniya sootnosheniem A =  lg  = K(f_min + f_L)² , gde K - koefficient proporcional'nosti, f_L - prodol'naya komponenta girochastoty [2].

V dannoi rabote f_min ispol'zovalas' kak kachestvennaya harakteristika poglosheniya dlya izucheniya osobennostei proyavleniya tak nazyvaemoi "zimnei anomalii" poglosheniya radiovoln v ionosfere nad Irkutskom. Priroda zimnei anomalii poglosheniya do sih por ne imeet dostatochno chetkogo ob'yasneniya. Okazalos', chto mesyachnoe srednee dnevnoe pogloshenie (A) zimoi ne otvechaet teoreticheskomu vyrazheniyu zavisimosti ot solnechnogo zenitnogo ugla , kotoroe imeet vid: . Mnogie issledovaniya podtverdili, chto takoe uvelichenie poglosheniya ("zimnyaya anomaliya") v osnovnom harakterno dlya pozdnei oseni, zimy i rannei vesny. Otmecheno, chto v nekotorye gruppy dnei zimoi nablyudaetsya uvelichenie poglosheniya i eto soprovozhdaetsya otrazheniyami nizhe 100 km, chto ukazyvaet na uvelichenie plotnosti elektronov do vysoty 90 km i nizhe. Bylo predlozheno dve gipotezy proishozhdeniya zimnei anomalii: meteorologicheskoi i geomagnitnoi prirody. Vpervye svyaz' mezhdu stratosfernymi i ionosfernymi izmeneniyami byla ustanovlena Bossolasko i Elena [3], kotorye obnaruzhili horoshee soglasie mezhdu izmeneniyami temperatury na urovne 10 gPa i izmeneniyami poglosheniya nad Central'noi Evropoi. V [4] meteorologicheskaya priroda zimnei anomalii rasshifrovyvaetsya kak sledstvie processov perenosa, kak sledstvie osobennostei cirkulyacionnyh sistem, vklyuchayushih v sebya i stratosferu, i nizhnyuyu ionosferu. Obstoyatel'nyi obzor rabot, v kotoryh obsuzhdalas' priroda zimnei anomalii poglosheniya, byl v svoe vremya predstavlen A.D.Danilovym i S.Yu.Ledomskoi v [5]. Avtory [6] prishli k zaklyucheniyu, chto zimnyaya anomaliya opredelyaetsya bol'she meteorologicheskim, a ne geomagnitnym faktorom. Odnako eshe v 1969 g. na zasedanii Mezhsoyuznoi komissii po solnechno-zemnoi fizike E.R.Mustel' (Rossiya) i V.Dzh.G.Beinon (Velikobritaniya) prochitali lekcii o vzaimozavisimosti geomagnitnyh i meteorologicheskih parametrov [7]. Vidimo, sushestvuet neskol'ko istochnikov vozrastaniya poglosheniya radiovoln v ionosfere v zimnee vremya. Provedennye nami issledovaniya povedeniya poglosheniya radiovoln v nizhnei ionosfere nad Irkutskom [8-14] pozvolyaet predpolozhit', chto ono opredelyaetsya ne tol'ko sostoyaniem neitral'nyh nizhelezhashih sloev atmosfery i urovnem solnechnoi i geomagnitnoi aktivnosti, no takzhe yavlyaetsya sledstviem izmenenii proishodyashih v dinamicheskom rezhime nizhnei termosfery, svyazannyh s proniknoveniem na vysoty ionosfery voln planetarnogo masshtaba.

V dannoi rabote ispol'zovalis' ezhesutochnye znacheniya minimal'noi chastoty otrazheniya radiovoln ot ionosfery f_min, kak kachestvennoi harakteristiki poglosheniya, poluchennye metodom vertikal'nogo zondirovaniya v Irkutske s 1968 g. po 1991 g. Dlya analiza geliogeomagnitnoi obstanovki byli vzyaty ezhesutochnye znacheniya indeksa radioizlucheniya Solnca na volne 10.7 sm F_10.7, chisel Vol'fa W i planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti A_r za etot zhe period. Meteorologicheskaya obstanovka ocenivalas' temperaturoi T₃₀ v stratosfere na urovne 30 gPa - dannye aerologicheskogo zondirovaniya v Irkutske s 1968 po 1986 gg. i temperaturoi na poverhnosti Zemli - srednemesyachnye global'nye dannye, rasschitannye po izmereniyam sputnika GEOS dlya perioda 1980-1991 gg. Predvaritel'no dlya vybrannogo intervala izmerenii 1968-1991 gg. rasschityvalis' dve velichiny: srednee za sutki znachenie f_{min sr} i velichina df_min kak raznost' mezhdu srednim za sutki i sutochnoi medianoi, t.e. df_min = f_{min sr} - f_{min med}. Poslednyaya velichina predstavlyaet soboi harakteristiku asimmetrii [15] i rasschityvalas' dlya minimizacii apparaturnyh pogreshnostei izmereniya minimal'noi chastoty otrazheniya radiovoln ot ionosfery, v to zhe vremya ona sohranyaet v sebe osnovnye zakonomernosti izmeneniya f_min kak kachestvennoi harakteristiki poglosheniya.

Analiz eksperimental'nyh dannyh

Na ris.1 predstavleno obshee raspredelenie df_min dlya vsego massiva dannyh (bez ucheta sezonnyh osobennostei znachenii minimal'noi chastoty otrazheniya) v zavisimosti ot indeksa radioizlucheniya Solnca F_10.7, chisel Vol'fa W i planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti A_r. Sprava predstavlena raspredelitel'naya shkala. Oblasti s znacheniyami df_min >  0,2 mGc, kak vidno, zanimayut sravnitel'no malye ploshadi, raspolozhennye, v osnovnom, vblizi maksimumov solnechnoi aktivnosti (ris.1,a, b), libo vblizi teh let, dlya kotoryh harakterny kak neznachitel'nye vozmusheniya magnitnogo polya Zemli - slabye magnitnye buri s 20 < A_r < 50, tak i naibolee sil'nye magnitnye buri s A_r > 100 (ris.1,v).

Ris.1. Karty raspredeleniya dfmin dlya intervala izmerenii 1968-1991 gg. v zavisimosti ot indeksa radioizlucheniya Solnca F10.7, chisel Vol'fa W i planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti Ar. Sprava predstavlena raspredelitel'naya shkala.

Iz etogo massiva dannyh byli vydeleny letnie i zimnie znacheniya i postroeny sootvetstvuyushie raspredeleniya otdel'no dlya 11-letnego perioda 1968-1979 gg., otnosyashegosya k 21-omu ciklu solnechnoi aktivnosti, i sleduyushego za nim perioda 1980-1991 gg., otnosyashegosya k 22-omu ciklu (ris.2). Kak vidno iz ris.2, "zimnyaya anomaliya" poglosheniya radiovoln otchetlivo proyavlyaetsya v 21-om cikle solnechnoi aktivnosti: oblasti s znacheniyami df_min > 0,2 mGc zanimayut prakticheski vsyu ploshad' na kartah raspredeleniya df_min v zavisimosti ot planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti A_r dlya zimnego vremeni goda (za isklyucheniem 3-h nebol'shih oblastei s znacheniyami df_min < 0,2 mGc. Sleduet zametit', chto v eti zimy, otnosyashiesya k 21-omu ciklu solnechnoi aktivnosti, ne nablyudalos' sil'nyh magnitnyh bur' s A_r > 100. Na letnih raspredeleniyah, naoborot, oblasti s vysokimi znacheniyami df_min (> 0,2 mGc) pochti otsutstvuyut: otmechena lish' odna takaya oblast' dlya znachenii A_r vyshe 120 v nachale 21-ogo cikla (1968-1970 gg.) - vidimo, kak reakciya na sil'nuyu magnitnuyu buryu 17 avgusta 1970 g. (A_r = 137). Kartina raspredeleniya df_min v zavisimosti ot indeksa A_r dlya zim, otnosyashihsya k 22-omu ciklu solnechnoi aktivnosti, neozhidanno dlya nas korennym obrazom izmenilas' (ris.2). Kak okazalos', ona malo chem otlichaetsya ot letnego raspredeleniya i "zimnyaya anomaliya" poglosheniya po sushestvu otsutstvuet v etot 22-oi cikl. Nablyudaemaya vblizi znachenii A_r > 180 oblast' vysokih znachenii df_min ochevidno svyazana s reakciei poglosheniya na sil'nuyu magnitnuyu buryu

Ris. 2. Karty raspredeleniya dfmin v zavisimosti ot planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti Ar dlya leta i zimy 21-ogo i 22-ogo ciklov solnechnoi aktivnosti.

8 fevralya 1986 g., kogda A_r = 202. Stoit otmetit', chto dazhe chrezvychaino sil'nye magnitnye buri ne vsegda soprovozhdalis' usileniem poglosheniya v ionosfere: tak, naprimer, vo vremya geomagnitnoi buri 5 fevralya 1983 g. (A_r = 143) na raspredelitel'nyh kartah otsutstvuyut oblasti s povyshennymi znacheniyami df_min. Esli iz massiva zimnih znachenii df_min isklyuchit' dannye vo vremya etih sil'nyh bur', to my poluchim dlya zim, otnosyashihsya k 22-omu ciklu solnechnoi aktivnosti, raspredelenie df_min v zavisimosti ot planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti A_r pryamo protivopolozhnoe (ris.2, vnizu sprava) sootvetstvuyushemu raspredeleniyu v 21-om cikle (ris.2, vverhu sprava).

Na ris.3,a predstavleny vremennye variacii srednih za sezon znachenii df_min v Irkutske, rassmatrivaemyh indeksov geliogeomagnitnoi aktivnosti i temperatury v stratosfere nad Irkutskom na urovne 30 gPa. V variaciyah df_min otchetlivo proslezhivaetsya godovaya volna s maksimal'nymi amplitudami zimoi i minimal'nymi - letom. Amplitudy godovoi volny df_min v 21-om cikle solnechnoi aktivnosti vyshe, chem v 22-om, prichem do zimy 1977/1978 gg. oni dovol'no rovnye i koleblyutsya vozle srednego urovnya 0.10 mGc (zhirnye gorizontal'nye linii). Dalee v techenie 3-h let otmechaetsya znachitel'noe vozrastanie i zimnih, i letnih amplitud, srednii uroven' dlya etih let znachitel'no povysilsya do 0,23, a zatem v 22-om cikle solnechnoi aktivnosti rezko opustilsya do znacheniya 0.05, pri etom okazalos', chto v otdel'nye gody amplituda zimnih znachenii byla nizhe etogo srednego urovnya. V konce rassmatrivaemogo perioda srednii uroven' amplitudy povysilsya do 0.11 mGc. Podobnye etim godovye variacii ispytyvaet i temperatura v stratosfere na urovne 30 gPa, no tol'ko s maksimal'nymi temperaturami letom i minimal'nymi zimoi. Periodogrammanaliz pokazal nalichie chetko vyrazhennoi znachimoi godovoi volny v variaciyah sezonnyh znachenii df_min kak v 21-om, tak i v 22-m (tol'ko s men'shei amplitudoi) cikle solnechnoi aktivnosti. Godovaya volna v 21-om cikle prisutstvuet takzhe i v variaciyah planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti, v 22-om cikle ona otsutstvuet. Net godovyh variacii v indekse radioizlucheniya Solnca F_10.7 i chislah Vol'fa W (ris. 3,b).

Korrelyacionnyi analiz pokazal nalichie znachimoi otricatel'noi korrelyacii mezhdu sezonnymi znacheniyami df_min i temperatury v stratosfere na urovne 30 gPa kak v 21-om cikle solnechnoi aktivnosti, tak i v 22-om, a takzhe dlya vsego intervala izmerenii v celom. Pri etom otmechaetsya periodicheskii harakter korrelyacionnoi funkcii, sohranyayushiisya dlya vseh intervalov izmerenii. Otlichayutsya tol'ko znacheniya koefficientov korrelyacii: v 22-om cikle oni vyshe pri sdvige po faze v 1 sezon. Interesno zametit', chto otricatel'naya korrelyaciya (bez sdviga po faze) harakterna takzhe dlya svyazi mezhdu sezonnymi znacheniyami df_min i global'no usrednennymi (po izmereniyam na sputnike GEOS) znacheniyami temperatury na poverhnosti Zemli s chetko vyrazhennym periodicheskim (s periodom 4 sezona, kak i dlya svyazi s T₃₀) harakterom izmeneniya korrelyacionnoi funkcii.

a)	b)
Ris.3. Vremennye variacii srednih za sezon znachenii F10.7, W, Ar, T30 i dfmin (a) i sootvetstvuyushie im periodogrammy (b).

Po vsei veroyatnosti, otmechennoe nami umen'shenie poglosheniya zimoi v 22-om cikle solnechnoi aktivnosti ne svyazano s meteorologicheskim aspektom, a skoree vsego vyzvano izmeneniem gelio-geomagnitnoi obstanovki. Na ris.4 sploshnymi liniyami so svetlymi kruzhochkami predstavleny vremennye variacii znachenii indeksa radioizlucheniya Solnca F_10.7, chisel Vol'fa W, planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti A_r i df_min, usrednennyh za letnie mesyacy (a) i za zimnie (b). Tolstymi pryamymi liniyami pokazany usrednennye za 5 let znacheniya v oblasti maksimuma i minimuma solnechnoi aktivnosti. Kak sleduet iz ris.4,a, dlya letnego perioda maksimumam i minimumam v harakteristikah solnechnoi aktivnosti dlya vsego rassmatrivaemogo perioda izmerenii sootvetstvuyut maksimumy i minimumy df_min. Pri etom v period s 1968 g. po 1987 g. otchetlivo zametna tendenciya k ponizheniyu kak maksimal'nyh, tak i minimal'nyh srednih urovnei df_min, v to vremya kak dlya indeksov solnechnoi aktivnosti harakterna obratnaya tendenciya k vozrastaniyu maksimal'nyh i minimal'nyh srednih urovnei. Chto kasaetsya planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti, nachinaya s 1968 g. indeks A_r narastaet stupenyami do pervogo maksimal'nogo urovnya srednih za sezon znachenii v 1978-1982 gg., i dalee, kak i dlya vseh df_min i temperatury T na 30 drugih rassmatrivaemyh harakteristik, idet ponizhenie srednego pyatiletnego urovnya i opyat' povyshenie. Dlya zimnego perioda (ris.4,b) situaciya dlya planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti A_r neskol'ko izmenilas': 1-yi maksimal'nyi uroven' A_r smestilsya na 5 let i sovpal s minimal'nymi urovnyami df_min, F_10.7 i W v period s zimy 1982/1983 gg. do zimy 1987/1988 gg. Imenno v etot period otmechalos' samoe nizkoe dlya zimnih periodov pogloshenie v ionosfere, sovpavshee, na nash vzglyad, s izmeneniem geomagnitnoi obstanovki. Eto izmenenie svyazano, vidimo, s sil'nymi magnitnymi buryami, nablyudavshimisya v fevrale v 1983 g. i v 1986 g. (v zimy, otnosyashiesya k 21-omu ciklu solnechnoi aktivnosti, kak bylo zamecheno vyshe, ne nablyudalos' sil'nyh magnitnyh bur' s A_r > 100). Usilenie aktivnosti svyazano i s izmeneniem chisla bolee slabyh magnitnyh bur'. Na ris.4 predstavlena krivaya (punktir s temnymi kruzhochkami), harakterizuyushaya vremennoi hod chisla slabyh magnitnyh bur' N s A_r > 20 dlya letnih (ris.4, a) i zimnih (ris.4, b) periodov. Vidno, chto vremennye variacii indeksa A_r i chisel N s A_r > 20 horosho korreliruyut mezhdu soboi.

a)	b)
Ris.4. Vremennye variacii znachenii indeksa radioizlucheniya Solnca F10.7, chisel Vol'fa W, planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti Ar i dfmin, usrednennyh za letnie mesyacy (a) i za zimnie (b): sploshnye linii - usrednennye za 5 let znacheniya v oblasti maksimuma i minimuma solnechnoi aktivnosti; punktir s temnymi kruzhochkami - vremennoi hod chisla slabyh magnitnyh bur' N s Ar > 20.

Kak okazalos', "zimnyaya anomaliya" poglosheniya zimoi v znachitel'noi stepeni opredelyaetsya imenno kolichestvom vozmushenii v magnitnom pole Zemli. Na ris.5,a predstavleno izmenenie ot zimy 1968/1969 gg. k zime 1990/1991 gg. dlya 2-h (dlya 21-ogo i 22-ogo) ciklov solnechnoi aktivnosti chisla dnei s anomal'no vysokim poglosheniem i chisla magnitovozmushennyh dnei. Dlya povysheniya dostovernosti rezul'tatov analiza chislo dnei s anomal'no vysokim poglosheniem podschityvalos' dlya 2-h gradacii minimal'noi chastoty otrazheniya i planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti:
1. df_min > 0,25 i A_r > 20;
2. df_min > 0,50 i A_r > 50.
Kak vidno, posle sil'nogo pika znachenii, nablyudavshegosya v dve zimy (1977/1978 gg. i 1978/1979 gg.), v 22-om cikle chislo dnei s anomal'no vysokim poglosheniem, ravno kak i chislo magnitovozmushennyh dnei, znachitel'no snizilos'. Harakter izmeneniya horosho opredelyaetsya srednimi urovnyami (na ris.5,a pryamye, soedinyayushie temnye kruzhochki) dlya 9 zim 21-ogo i 22-ogo cikla, dvuh zim mezhdu nimi i 3-h zim v konce 22-ogo cikla. Sootvetstvenno dlya etih periodov chislo dnei s df_min > 0,25 s 38 povysilos' do 63, zatem snizilos' do 10 i vozroslo do 29. Izmenenie chisla magnitovozmushennyh dnei s A_r > 20 v eti periody: 14, 24, 9, 17. Sootvetstvie kolichestva dnei s anomal'no vysokim poglosheniem chislu magnitovozmushennyh dnei, na nash vzglyad, vpolne ochevidno.

Rezul'taty korrelyacionnogo analiza svyazi mezhdu srednesezonnymi znacheniyami df_min i indeksov F_10.7 (sploshnye linii so svetlymi kruzhochkami), W (linii s krestikami), A_r (tolstye linii), a takzhe chisla magnitovozmushennyh dnei N(A_r > 20) (tonkie linii so svetlymi kvadratami) dlya vsego rassmatrivaemogo perioda s 1968 g. po 1991 g. v celom i otdel'no dlya periodov: 1968-1978 gg. (21-ogo cikla solnechnoi aktivnosti) i 1979-1991 gg. (22-ogo cikla solnechnoi aktivnosti) predstavleny na ris.5,b. Dlya 23-letnego perioda izmerenii otmechaetsya znachimaya polozhitel'naya korrelyaciya df_min so vsemi rassmatrivaemymi velichinami bez sdviga po faze, za isklyucheniem svyazi df_min s indeksom A_r, dlya kotoroi snachala vozrastaet df_min, a zatem (so sdvigom v 1 sezon) planetarnyi indeks geomagnitnoi aktivnosti A_r. Pri etom korrelyacionnaya funkciya imeet periodicheskii harakter (s periodom v 4 sezona) - dvugorbuyu formu s vtorym bolee slabym maksimumom. Dlya 21-ogo cikla solnechnoi aktivnosti forma korrelyacionnyh funkcii ne menyaetsya, a sami znacheniya koefficientov korrelyacii zametno vozrastayut. V gody, otnosyashiesya k 22-omu ciklu solnechnoi aktivnosti, korrelyaciya s indeksami solnechnoi aktivnosti ostaetsya takoi zhe: znachimoi i polozhitel'noi. Chto kasaetsya svyazi df_min s indeksom A_r, to zdes' korrelyaciya stanovitsya neznachimoi, hotya pri etom sama korrelyacionnaya funkciya ne menyayut svoyu formu. Korrelyacionnaya funkciya svyazi df_min s chislom magnitovozmushennyh dnei N(A_r > 20) v 22-om cikle menyaet svoyu formu s dvugorboi na trehgorbuyu s dvumya pikami so znachimoi otricatel'noi korrelyaciei pri sdvige -2 sezona i so znachimoi polozhitel'noi korrelyaciei pri sdvige +4 sezona.

a)

b)

Ris. 5. Izmenenie chisla dnei s anomal'no vysokim poglosheniem i chisla magnitovozmushennyh dnei dlya 2-h gradacii: 1. dfmin > 0,25, Ar > 20; 2. dfmin > 0,50, Ar > 50. (a) i funkcii korrelyacii srednesezonnyh znachenii dfmin s srednesezonnymi znacheniyami F10.7 (sploshnye linii so svetlymi kruzhochkami), W (linii s krestikami), Ar (tolstye linii) i N(Ar > 20) (tonkie linii so svetlymi kvadratami) (b).

Kak pokazali rezul'taty analiza metodom nalozhennyh epoh, v 22-om cikle solnechnoi aktivnosti sushestvenno izmenilas' takzhe reakciya harakteristiki poglosheniya df_min na magnitnye buri. Na ris. 6,a vverhu pokazano izmenenie df_min vo vremya odnoi iz sil'nyh magnitnyh bur' 14 marta 1991 g.: za sutki do maksimuma planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti vo vremya etoi buri otmecheno dovol'no sushestvennoe usilenie poglosheniya do znacheniya > 1,2 mGc. Rezul'taty metoda nalozhennyh epoh dlya sil'nyh bur' s A_r > 80, nablyudavshihsya v period 1968-1978 gg. (31 burya), pokazali nalichie dvuh maksimumov poglosheniya: za 2 sut. do repernoi daty, za kotoruyu prinimalsya den' s maksimal'nym znacheniem A_r vo vremya bur', i spustya 3 sut. Po rezul'tatam metoda nalozhennyh epoh dlya bolee umerennyh magnitnyh bur' s 30 < A_r < 80 (163 buri v etot period) takzhe otmechalis' maksimumy df_min pri etih zhe sdvigah. V gody, otnosyashiesya k 22-omu ciklu solnechnoi aktivnosti (1979-1991), rezul'taty metoda nalozhennyh epoh dlya 233 takih bur' ne pokazali nikakoi skol'-libo znachimoi reakcii df_min na eti umerennye magnitnye buri: prakticheski pryamaya (zhirnaya) liniya vblizi znacheniya df_min = 0,08 mGc. Zato po rezul'tatam metoda nalozhennyh epoh dlya 28 sil'nyh magnitnyh bur' s A_r > 80, nablyudavshihsya v 22-om cikle, znacheniya df_min postepenno (skachkami) vozrastayut do maksimal'nogo znacheniya df_min = 0,12 mGc spustya 2 sut. posle repernoi daty.

Vozmusheniya magnitnogo polya Zemli chasto svyazany s processami, proishodyashimi na granice magnitosfery, v chastnosti, s vysypaniyami protonov ili s solnechnymi protonnymi sobytiyami, kotorye, v svoyu ochered', identificiruyutsya s protonnymi vspyshkami na Solnce. Harakteristiki etih okolozemnyh protonnyh sobytii obsuzhdayutsya v [16]. Nekotorye svedeniya o vozrastanii potoka protonov, nazyvaemyh solnechnymi protonnymi sobytiyami (SPS), i ih vozmozhnyh istochnikah soderzhatsya v rabote [17], v kotoroi rassmatrivaetsya vopros ob identifikacii istochnikov vozrastaniya potoka protonov so vspyshkami na Solnce v kachestve veroyatnyh istochnikov uskorennyh chastic. V rabote [18] pri issledovanii prostranstvenno-vremennogo raspredeleniya vodorodnyh siyanii v hode mirovyh magnitnyh bur' v zavisimosti ot protonnyh vspyshek na Solnce prishli k zaklyucheniyu, chto vysypanie protonov v avroral'noi zone ne svyazano s protonnymi vspyshkami na Solnce i s tipom buri, a zavisit ot intensivnosti magnitnyh bur': naibolee sil'nye protonnye sobytiya nablyudayutsya v hode bur' s Dst < 100 nTl.

a)	b)
Ris.6. Izmenenie dfmin vo vremya geomagnitnyh bur' (a) i solnechnyh protonnyh sobytii (b). (Vse oboznacheniya i opisaniya dany v tekste).

Vo vremya vybrosov v avroral'noi zone takih vysokoenergichnyh chastic, kak protony, estestvenno bylo by predpolozhit' znachitel'noe izmenenie pogloshayushei sposobnosti ionosfery vsledstvie vozmozhnogo rosta elektronnoi koncentracii v rezul'tate perenosa energii vysokoenergichnyh chastic iz zony ih vybrosa v bolee nizkie shiroty. Na ris. 6,b pokazana reakciya poglosheniya radiovoln v ionosfere na sil'noe solnechnoe protonnoe sobytie 23 marta 1991 g. (verhnii risunok, zhirnaya liniya), zdes' zhe pokazano (sploshnoi liniei s temnymi kruzhkami) izmenenie planetarnogo indeksa geomagnitnoi aktivnosti A_r. Kak mozhno videt', eto SPS na sleduyushii den' soprovozhdalos' sil'noi magnitnoi burei s A_r = 157. Vnizu privedeny rezul'taty metoda nalozhennyh epoh dlya 76 solnechnyh protonnyh sobytii, nablyudavshihsya v period 1976-1991 gg., i usrednennye po etim sobytiyam planetarnye indeksy geomagnitnoi aktivnosti A_r. Za repernuyu datu prinimalsya den' SPS. Kak vidno iz ris.6,b, vo vremya solnechnyh protonnyh sobytii pogloshenie v ionosfere znachitel'no vozrastaet: pik df_min prihoditsya pryamo na repernyi den'. Eti sobytiya soprovozhdalis' vozmusheniyami magnitnogo polya Zemli - magnitnymi buryami.

Zaklyuchenie

V rezul'tate provedennyh issledovanii poluchen interesnyi i ves'ma neozhidannyi rezul'tat: vsem izvestnaya tak nazyvaemaya "zimnyaya anomaliya" poglosheniya, otchetlivo vyrazhennaya vo vse zimy 21-ogo cikla solnechnoi aktivnosti, prakticheski otsutstvuet v zimnie periody sleduyushego za nim 22-ogo cikla. Pogloshenie rezko snizilos' posle zimy 1979/1980 gg. Vozmozhnoe ob'yasnenie etomu, na nash vzglyad, daet izmenenie sostoyaniya urovnya geomagnitnoi aktivnosti, chto povleklo za soboi narushenie svyazi processov poglosheniya v nizhnei ionosfere s magnitnoi aktivnost'yu v 22-om cikle solnechnoi aktivnosti i privelo k izmeneniyu reakcii harakteristiki poglosheniya df_min na magnitnye buri. Nesmotrya na dovol'no znachitel'nyi ob'em rabot po issledovaniyu effektov magnitnyh vozmushenii na processy v atmosfere Zemli, mirovoi obshestvennosti malo izvestno ob opasnyh posledstviyah sil'nyh magnitnyh vozmushenii. Provedennyi nami analiz svidetel'stvuet o tom, chto pogloshenie v ionosfere v znachitel'noi stepeni opredelyaetsya processami, proishodyashimi v geomagnitnom pole Zemli. V [19] ukazyvaetsya na vozmozhnoe vliyanie magnitnyh bur' na pogodu i dazhe izmenenie klimata. V dannom sluchae, vidimo, my kak raz i imeem delo imenno s takim izmeneniem odnoi iz klimaticheskih harakteristik verhnei atmosfery: minimal'noi chastoty otrazheniya radiovoln.

Vypolnennyi analiz svidetel'stvuet o tom, chto pogloshenie v ionosfere v znachitel'noi stepeni opredelyaetsya processami, proishodyashimi na Solnce, na granice magnitosfery Zemli i v geomagnitnom pole, a takzhe meteorologicheskoi obstanovkoi v nizhelezhashih atmosfernyh sloyah. Znachitel'nye izmeneniya v pogloshenii vyzyvayut solnechnye protonnye sobytiya i neredko soprovozhdayushie ih geomagnitnye buri. Vozmozhno takzhe predpolozhit', chto na pogloshenie radiovoln v ionosfere okazyvayut vozdeistvie bolee dolgoperiodnye, chem 11-letnie cikly solnechnoi aktivnosti, processy na Solnce: imi mogut byt', naprimer, i 22-letnie variacii, i 100-letnie, sposobnye v znachitel'noi stepeni vliyat' na izmenchivost' celogo ryada klimaticheskih harakteristik srednei atmosfery, v tom chisle i poglosheniya, na izmenchivost' klimata na Zemle. V [20] pri obsuzhdenii problemy vozmozhnyh mehanizmov peredachi proishodyashih na Solnce izmenenii na processy v zemnoi atmosfere avtory polagayut, chto svyaz' Solnce-Zemlya realizuetsya cherez menyayushiesya vo vremeni potoki galakticheskih i solnechnyh kosmicheskih luchei (KL). V osnove predlozhennogo v [20] mehanizma vliyaniya izmenchivosti Solnca na pogodu i na klimat na Zemle lezhat variacii potokov KL s energiei 100-1000 MeV (cherez yadernye i ionizacionnye processy vzaimodeistviya KL s atmosferoi).

Rabota vypolnena pri podderzhke programmy "Vedushie nauchnye shkoly RF", grant N^o 00-15-98509.

Spisok literatury.

1. Kokourov V.D., Kazimirovskii E.S. Dolgovremennye variacii f-min po nablyudeniyam v Irkutske. // Solnechno-zemnaya fizika. Izd. SO RAN. 2003 (v pechati).

2. Mitra A. Vozdeistvie solnechnyh vspyshek na ionosferu Zemli. Per. s angl. M.: Mir. 1977. 370 s.

3.Bossolasco M., Elena A. Absorption de la couche D et temperature de la mesosphere. // Compt. Rend. Acad. Sci. 1963. V.256. P. 4491-4493.

4. Velinov P. Svyaz' sezonnyh izmenenii ionosfernogo poglosheniya i vetrov v verhnei atmosfere. // Dokl. Bolg. AN. 1975. T.28, № 12. S.1605-1608.

5. Danilov A.D., Ledomskaya S.Yu. Zimnyaya anomaliya oblasti D - aeronomicheskii ili meteorologicheskii aspekty. // Geomagnetizm i aeronomiya. 1979. ¹ 6. S.961-980.

6. Shen Changshou. Faktory, kotorye vliyayut na F_min, i vozmozhnye prichiny "zimnei anomalii" D-oblasti. // Chin. J. Space Sci.1984. V.4, № 3. S.233-234.

7. Sotrudnichestvo s mezhdunarodnymi organizaciyami. // Byul. Vsemir. meteorologicheskoi org. 1969. T.18, № 3.S.233-234.

8. Vergasova G.V., Kazimirovskii E.S. Meteorologicheskii i solnechnyi kontrol' processov v nizhnei termosfere nad Vostochnoi Sibir'yu. // Phys. Solariterr. Potsdam. 1983. ¹ 21. S.69-76.

9. Vergasova G.V., Kazimirovskii E.S. Mnogofaktornyikontrol' processov poglosheniya radiovoln v ionosfere nad Irkutskom zimoi. // Geomagnetizm i aeronomiya. 1995. T.35, ¹ 4. S. 128-136.

10. Vergasova G.V., Kazimirovsky E.S., Kokourov V.D., Petruchin V.F. Relationship between the radio Wave absorption and horizontal Winds in the lower ionosphere over East Siberia. // Journ. Geom. and Geoelectr. 1995. V. 47. P. 534-550.

11. Kazimirovsky E.S., Kokourov V.D., Vergasova G.V. The dynamical structure of the lower thermosphere during the CRISTA/MAHRSI Campaign. // Adv. Space Res. 1997. V. 19. P. 611-613.

12. Vergasova G.V. Reakciya poglosheniya radiovoln v ionosfere na solnechnye protonnye sobytiya v 21-22 geliociklah. // Issled. po geom., aeron. i fizike Solnca. M.: izd-vo "Nauka". 1997. Vyp.105. S.141-154.

13. Vergasova G.V., Kazimirovskii E.S., B.A. de la Morena. Rol' dinamicheskih processov i geomagnitnoi aktivnosti v variaciyah poglosheniya radiovoln v ionosfere. // Issled. po geom., aeron. i fizike Solnca. M.: izd-vo "Nauka". 1997. Vyp.106. S.186-197.

14. Kazimirovskii E.S., Vergasova G.V. Analiz variacii skorosti gorizontal'nogo vetra v nizhnei termosfere i pogloshenie radiovoln v period Mezhdunarodnogo eksperimenta CRISTA. // Issled. po geom., aeron. i fizike Solnca. M.: izd-vo "Nauka". 1997. Vyp.107. S. 20-31.

15. Panovskii G.A., Braier G.V. Statisticheskie metody v meteorologii. L.: Gidrometeoizdat. 1972. 210 s.

16. Preliminary Report and forecast of Solar Geophysical Data. Published Weekly by the Joint NOAA-USAF Space Environment Services Center. SESCPRF 511. 18 June 1985. 17 p.

17. Akin'yan S.T., Bazilevskaya G.A., Ishkov V.N. i dr. Katalog solnechnyh protonnyh sobytii 1970-1979 gg. M.: IZMIRAN, 1982. 184 s.

18. Totunova G.F., Cirs V.E., Fedorova N.I., Vaninyuk E.V. Svyaz' vodorodnyh siyanii s magnitnymi buryami i dinamikoi kol'cevogo toka. // Geomagnetizm i aeronomiya. 1991. T.81, ¹ 1. S. 96-105.

19. Herzog Donald C. Hazards of geomagnetic storms. // Earthquakes and Volcanoes. 1992. V.23, N 4. P.152-159.

20. Tinsley B.A., Brown G.M., Scherrer P.H. Solar variability influences on Weather and climate: possible connections through cosmic ray fluxes and storm intensification. // J. Geophys. Res. D. 1989. V.94, N 12. P.14783-14792.

 

Publikacii s klyuchevymi slovami: ionosfera - magnitosfera Zemli Publikacii so slovami: ionosfera - magnitosfera Zemli
Sm. takzhe: Atlas-5 zapuskaet MMS Polyarnoe siyanie v steklyannyh sharikah Severnyi magnitnyi polyus Zemli Laboratoriya geomagnitnyh variacii IZMIRAN Laboratoriya magnitnyh kosmicheskih issledovanii IZMIRAN-a Institut Zemnogo Magnetizma, Ionosfery i Rasprostraneniya Radiovoln AN (IZMIRAN) Novaya sistema issledovaniya zemnoi magnitosfery Vse publikacii na tu zhe temu >>