ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 1, с. 99-106
УДК 551.510:523
РОЛЬ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ В ФОРМИРОВАНИИ АНОМАЛЬНОГО ТЕЧЕНИЯ ЭЛЬ-НИНЬО
© 2007 г. В. Я. Вовк, Л. В. Егорова
Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, С.-Петербург
e-mail: eglar@aari.nw .ru Поступила в редакцию 28.04.2005 г. После доработки 31.03.2006 г.
Рассмотрены ежемесячные значения индексов Южной атмосферной осцилляции (SOI) и соответствующие значения чисел Вольфа, геоэффективных солнечных вспышек, магнитных ^4Е-индексов, а также среднесуточные значения южной компоненты межпланетного магнитного поля (Bz ММП) и данные ветровых характеристик на антарктических станциях Восток, Ленинградская и Русская. Показано, что резкому уменьшению значений индексов SOI, соответствующему началу Эль-Ниньо (ENSO), за один-два месяца предшествует увеличение на 20% среднемесячных чисел Вольфа. В теплые годы Южной атмосферной осцилляции наблюдается линейная связь между индексами SOI и числом геоэффективных солнечных вспышек с коэффициентами корреляции p < -0.5. Показано, что изменению генерального направления приземного ветра на аномальное на указанных выше станциях в теплые годы предшествует увеличение среднесуточных значений Bz ММП за один-два дня. Увеличение значений индексов SOI за один-два месяца предваряется значительным ростом среднемесячных значений магнитных ^4Е-индексов.
PACS: 92.10.am
1. ВВЕДЕНИЕ
Аномальные потепления (Эль-Ниньо) или похолодания (Ла-Нинья) поверхности воды в восточной части Тихого океана, вызываемые флук-туациями Южной атмосферной циркуляции -один из сильнейших источников вариаций в природной климатической системе. Эль-Ниньо начинается с потеплением слоев воды в тропической западной зоне Тихого океана и последующего дрейфа на восток к берегам Южной и Северной Америки. Эффект Эль-Ниньо возникает, как правило, в период больших отрицательных значений индексов Южной атмосферной осцилляции с нерегулярной периодичностью от двух до семи лет. В работе [Van Loon and Shea, 1987] авторы определяют SOI как нормированную величину разности между давлением на уровне моря в юго-восточной части Тихого океана и в северном Австралийско-Индонезийском районе. В настоящее время выделены долгопериодные эффекты влияния солнечной активности на земной климат и погоду [Roberts and Olson, 1973; Wilcox, 1975]. В качестве каналов этого влияния предлагается воздействие как космических лучей, так и геомагнитной активности [Пудовкин и Бабушкина, 1990; Tinsley et al., 1989; Bucha and Bucha, 1988; Landscheidt, 2000; Вовк и Егорова, 2004] на нижнюю атмосферу. Сделано предположение, что события Эль-Ниньо тесно связаны со специальными фазами (при подходе к максимуму и минимуму) в 11-лет-
нем солнечном цикле. Целью настоящей работы является исследование связи теплых периодов Эль-Ниньо (ЕЫБО) с рядом факторов солнечной активности, такими как число геоэффективных вспышек, вариациями вертикальной составляющей ММП и индекса магнитной активности АЕ.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Для анализа использовались ежемесячные значения индексов SOI [http://www.cru.uea.ac.uk/cru/da-ta/soi/htm] и соответствующие им значения чисел Вольфа за период с 1868 по 2002 г. Были привлечены также среднемесячные значения числа солнечных вспышек. При этом учитывалось их расположение на солнечном диске, т.е. использовались лишь геоэффективные вспышки за период с 1996 по 2002 г. и среднемесячные AE-индексы магнитной активности с 1963 по 1997 г. [http:// swdcdb.kugi.kioto-u.ac.jp/]. Были взяты также ежедневные ветровые характеристики на антарктических станциях Восток (ф = -78°28', X = 106°48' E); Ленинградская (ф = -69°30', X = 159°27' E) и Русская (ф = -74°40', X = 137°07' W) и соответствующие им спутниковые среднесуточные значения южной компоненты MMП с 1981 по 1987 г. [Solar Geophysical Data Reports, 1972-1992]. Исследуя теплые периоды в Южной атмосферной циркуляции, мы выбрали события с резким началом и уровнем амплитуды SOI < -1 и разделили их на
99
7*
SOI 0.4 0
-0.4 -0.8 -1.2 -1.6
0.4 0
-0.4 -0.8 -1.2 -1.6
SOI 0.4
0.4 0
-0.4 -0.8
-1.2
10 12 t, мес.
Рис. 1. Годовой ход усредненных индексов Южной осцилляции SOI, выбранных за период 1868-200 гг.: а -для долгопериодных; б - для короткопериодных событий.
две группы: долгопериодные (T > 5 мес.) и корот-копериодные (T = 1-2 мес.).
3. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
За период с 1868 г. было выделено 23 года с долгопериодными событиями, характеризуемыми резким уменьшением SOI до -1 и ниже. Как правило, они соответствуют событиям Эль-Ни-ньо (ENSO), определенным в работах [Van Loon and Shea, 1987; Hori and Hanawa, 2004]. Усредненный годовой ход этих индексов приведен на рис. 1а. Можно видеть, что заметное уменьшение индекса наблюдается в апреле, а порог SOI < -1, в среднем, приходится на май. Этот уровень остается до ноября, что согласуется с результатами работ [Van Loon and Shea, 1987; Hori and Hanawa, 2004], где утверждается, что события Эль-Ниньо характерны для южно-полярной осени и зимы. Было выбрано также 17 лет с короткими отрицательными спадами уровня индекса SOI < -1, усредненная кривая приведена на рис. 16. Видно, что она имеет слабовыраженный сезонный ход, отрица-
W/W0 1.2
1.1 1.0
0.9 0.8 0.7
-1.6 1.4 1.3
J_I_I_I_I_L
J_I_I_I_I_L
-4
04 t, мес.
04 t, мес.
Рис. 2. Ход усредненных вариаций SOI (верхняя часть) и соответствующих им нормированных чисел Вольфа W/Wo (нижняя часть): а - для 18 долгопериодных событий; б - для 18 короткопериодных событий.
тельные значения SOI в среднем характерны для весны и лета (ноябрь-февраль).
Анализ среднемесячных значений SOI и соответствующих им нормированных на среднегодовое значение чисел Вольфа ( W/W0), выполненный методом наложения эпох, показывает эффект роста W/W0 за один-два месяца до начала интенсивного уменьшения SOI до отрицательных значений. В качестве ключевого месяца выбирался месяц, когда значение SOI < -1. На рис. 2а приведена кривая вариаций индексов SOI для 18 случаев Эль-Ниньо, выбранных с 1868 по 2002 г., и соответствующая им кривая нормированных значений W (рис. 2в), причем анализировались лишь те данные, среднегодовые значения которых W0 более 15. Максимальное изменение кривой W/W0 наблюдается за 1 мес. до начала резкого роста амплитуды кривой SOI, и уровень ее сохраняется в течение нескольких месяцев. Подобным же образом были проанализированы 18 короткопериодных случаев больших по абсолютной величине отрицательных значений SOI и соответствующие им вариации W/W0, рис. 26, г, на котором видно,
Коэффициенты корреляции между ежемесячным числом геоэффективных вспышек и индексом Южной атмосферной осцилляции SOI
Дата Коэффициент корреляции p Число месяцев n Уровень значимости
Январь 1996-март 1998 -0.53 23 0.99
Март 1998-июль 2000 -0.27 25 0.79
Сентябрь 2000-сентябрь 2002 -0.55 24 0.99
что увеличению числа W/W0 соответствует резкое уменьшение значения SOI с 0.2 до -1.4 через месяц. Поскольку числа Вольфа с высокой степенью корреляции связаны с волновым излучением Солнца, с выбросом массы вещества из солнечной короны, с числом вспышек [Абдусаматов, 2003], а их вариации могут влиять на изменение температуры и давления в нижней атмосфере, то интересно проанализировать зависимость погодных характеристик от числа солнечных вспышек.
Наибольший эффект производят вспышки, расположенные вблизи экваториальной части солнечного диска. Это так называемые геоэффективные вспышки. Для оценки их связи с параметрами Южной атмосферной осцилляции был рассмотрен ряд вспышек с 1996 по 2002 г., [http:// cdaw:gstc.nasa.gov/CME-list/idex.html]. Выбирались вспышки в интервале широт 40-(-40°) относительно солнечного экватора. Был вычислен коэффициент корреляции между суммарным за месяц числом геоэффективных вспышек и рядом соответствующих значений SOI, причем брались их нормированные значения, представляющие собой отношение ежемесячной величины к среднегодовому значению. Расчет показал, что за период с 1996 по 2002 г. значимая связь между этими параметрами отсутствует, коэффициент корреляции p = -0.4. Если же разделить этот период на три квазидвухлетних интервала, то получается результат, представленный в таблице и на рис. 3. Как видим, значимая корреляция характерна для двух периодов Эль-Ниньо (рис. 3а, в). Первый начался в марте 1997 г., SOI = -1.09, и продолжился до осени 1998 г. Второй период резкого уменьшения индексов SOI отмечен в мае 2001 г., SOI=-0.84, он продолжался до весны 2002 г., в августе SOI = = -1.62. Можно полагать, что увеличение числа геоэффективных вспышек сопровождается понижением уровня SOI. Выбросы массы вещества из солнечной короны определяют такие факторы, как уровень галактических лучей и солнечных протонов, динамическое давление солнечного ветра и вариации межпланетного магнитного поля. Возможно, что многофакторное влияние солнечной активности на земную атмосферу инициирует процессы различной длительности и направления. В работах [Troshichev et al., 2004; Troshichev and Jandzhura, 2004] была отмечена связь температурных и ветровых характеристик с уровнем
ГКЛ, солнечных протонов, уровнем ММП. В данной работе мы попытались оценить взаимосвязь между межпланетным магнитным полем и индексами SOI в теплый период атмосферной циркуляции. Возмущения в магнитном поле Земли генерируются под действием наиболее геоэффективной южной компоненты вертикальной составляющей ММП (Bz < 0). Спокойное магнитное поле характерно для периодов, когда Bz > 0. Поскольку отрицательные величины SOI имеют тенденцию появляться, главным образом, в апреле-мае и достигать максимума в июне-сентябре (рис. 1), мы будем анализировать атмосферные процессы, связанные с событиями Эль-Ниньо, только в зимней Антарктике.
4. АНОМАЛЬНЫЕ ВЕТРЫ H НХ СВЯЗЬ С ВОЗМУЩЕНИЯМИ В СОЛНЕЧНОМ ВЕТРЕ
Как известно, события Эль-Ниньо возникают в западной части Тихого океана. В тихоокеанском секторе работали две антарктические станции: Ленинградская (ф = -69°30', X = 159°23' E) в 1971-1990 гг., Русская (ф = -74°40', X = 223° E) в 1980-1989 гг., а также внутриконтинентальная ст. Восток (ф = -78°28',
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.