УДК 550.385.550.37
ВАРИАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ НА КАМЧАТКЕ ВО ВРЕМЯ СОЛНЕЧНЫХ СОБЫТИЙ В ОКТЯБРЕ 2003 г. © 2014 г. С. Э. Смирнов1, Г. А. Михайлова2, О. В. Капустина2
1 Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН,
п. Паратунка, Камчатский край 2 Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова, РАН,
(ИЗМИРАН) г. Москва, г. Троицк e-mail:yumikh@izmiran.ru, sergey@ikir.kamchatka.ru Поступила в редакцию 28.02.2013 г.
После доработки 08.04.2013 г.
Исследованы суточные вариации электропроводности, напряженности электрического поля и метеорологических величин в приземной атмосфере во время солнечных событий в период 21—31 октября 2003 г. Показано, что электропроводность и напряженность электрического поля проявляют сильную зависимость от температуры и влажности воздуха. Обнаружено увеличение электропроводности в течение двух дней накануне геомагнитной бури 29—30 октября в результате действия СКЛ и уменьшение ее во время Форбуш-понижения ГКЛ с соответствующим ростом напряженности электрического поля. Обнаружено аномальное повышение температуры и влажности воздуха в процессе развития солнечной активности, что привело к образованию облаков различных форм, включая кучево-дождевые, сопровождаемые грозовыми процессами и ливнями. Совпадение по времени нарушения регулярных метеорологических процессов с последовательностью солнечных вспышек и усилением излучения в полосе ближнего ультрафиолета, видимой и инфракрасной частях спектра, позволяет рассматривать их в качестве источника дополнительного притока энергии в нижнюю атмосферу.
DOI: 10.7868/S0016794014020187
1. ВВЕДЕНИЕ
Исследования влияния солнечной и геомагнитной активностей на квазистатическое электрическое поле и метеорологические величины в приземной атмосфере в высоких и на средних широтах проводятся сравнительно давно. Этому вопросу посвящена довольно обширная литература (см., например, [Парамонов, 1969; Roble, 1985]). Анализ работ, выполненных в последнее время, приведен в статье [Смирнов и др., 2013], в которой показана противоречивость полученных результатов и предлагаемых механизмов наблюдаемых эффектов. Выбор нами геомагнитной бури в октябре 2003 г. обусловлен экстремальными событиями на Солнце, проявление которых в поведении многих геофизических процессов в магнитосфере и ионосфере Земли рассмотрено в работах [Веселовский и др., 2004; Панасюк и др., 2004]. В вариациях квазистатического электрического поля в приземной атмосфере эффект этой геомагнитной бури на средних широтах (ст. "Свидер", геомагнитные координаты Ф' = 48°, Л = 105°) ранее был рассмотрен в работе [Никифорова и др., 2005]. Во время главной фазы бури в условиях "хорошей погоды" были зарегистрированы отри-
цательные бухты градиента потенциала электрического поля. Совпадение по времени их длительностей с длительностью всплесков риомет-рического поглощения в субавроральной зоне позволило авторам предположить, что "причиной появления отрицательных значений градиента потенциала электрического поля может быть возрастание проводимости верхней атмосферы, вызванное вторжением энергичных электронов в субавро-ральные широты" [Никифорова и др., 2005].
Ранее авторами настоящей статьи были рассмотрены эффекты слабой [Михайлова и др., 2009] и экстремальной [Смирнов и др., 2013] геомагнитных бурь в вариациях напряженности электрического поля, а также в вариациях метеорологических величин во время экстремальной бури в ноябре 2004 г.
Настоящая работа является продолжением исследований, выполняемых на Камчатке (обс. "Паратунка", ф = 52.9° N X = 158.25° Е) в этом направлении, и посвящена исследованию солнечных событий в октябре 2003 г. Здесь также использован широкий набор различных геофизических и метеорологических величин: напряженность квазистатического электрического поля;
температура, давление, влажность воздуха; скорость ветра; геомагнитные индексы; потоки космических лучей и Х-лучей, наблюдаемых одновременно. Кроме того, в отличие от работы [Смирнов и др., 2013], дополнительно использованы одновременные записи электропроводности воздуха.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Реакцию электрических и метеорологических процессов в приземной атмосфере на мощную геомагнитную бурю целесообразно рассматривать методом наложенных эпох в комплексе с процессами, происходящими на Солнце и у земной поверхности. В этой связи на рис. 1 приведены результаты наблюдений различных геофизических и метеорологических величин в период с 21 по 31 октября 2003 г.
Кривые 1 — напряженность квазистатического электрического поля (Ez — компонента), измеренная прибором "Поле-2" с точностью 0.3 В/м и с дискретностью по времени 1 мин, а также значения Dst — индекса (нТл), определенные с дискретностью по времени 1 ч.
Кривые 2 и 3 — электропроводности воздуха, обусловленные отдельно положительными (^+) и отрицательными (Х-) ионами и измеренные прибором "Электропроводность-2" (в условных единица).
Кривые 4—8 — соответственно, давление (Р, гПа); температура (Т, °С); влажность (%) воздуха; осадки и скорость ветра (V, м/с), измеренные с дискретностью по времени 10 мин в обс. "Пара-тунка" цифровыми метеостанциями ^^-2000 и ^^-2300. Выходные данные с них поступают в обсерваторию по радиоканалу на частоте 433 МГц. На кривую 4 нанесена дополнительно величина горизонтальной компоненты геомагнитного поля (И), измеренная в обс. "Паратунка" феррозонд овым магнитометром FRG-601G с точностью 0.01 нТл и с дискретностью по времени 1 мин (правая ось ординат).
В работе использованы также данные наблюдений состояния облачности и осадков на местной метеорологической станции. К сожалению, в этот период отсутствовали результаты актиномет-рических измерений.
Кривая 7 — трехчасовые значения Кр-индекса.
Кривая 9 — поток галактических космических лучей (Ы — число частиц/мин), измеренный нейтронным монитором с дискретностью по времени 1 мин в обс. "Стекольный" ИКИР ДВО РАН.
Кривая 10 — последовательность солнечных вспышек, измеренная на спутнике GOES-12 [http://goes.ngdc.noaa.gov/data/avg].
В дополнение к этому рисунку в таблице приведена более детально хронологическая последовательность этих событий, подробно описанная в статье [Веселовский и др., 2004], а на рис. 2 показана последовательность нескольких наиболее интересных фрагментов записей электропроводности и напряженности поля в увеличенном масштабе в зависимости от универсального времени UT. (На долготе обсерватории местный полдень приходится в 1:45 UT, полночь — в 10:55 UT),
Рассмотрим детально процессы, происходящие в приземной атмосфере. Как видно на рис. 1 и в таблице, в период 21—22 октября солнечная (рентгеновское излучение балла M 9.9) и геомагнитная (Кр < 3) активности были относительно спокойными, а метеорологические условия при наличии высокослоистых облаков и в отсутствие осадков близко соответствовали условиям "хорошей погоды" [РД ..., 2002]. При этом 21 и 22 октября температура воздуха в полдень составляла + 12°C (кривая 5 на рис. 1), а влажность — 45% (кривая 6), электропроводность — ~4000. В этот день, согласно данным местной метеорологической станции, наблюдалась сплошная облачность высокослоистых облаков при слабом ветре и отсутствии осадков, вариации электропроводности и напряженности электрического поля имеют регулярный суточный ход, соответствующий условиям "хорошей погоды" [Смирнов, 2013].
22 октября характер поведения электропроводности и напряженности поля в течение суток, в отличие от предыдущего дня с подобным суточным ходом температуры и влажности, несколько изменился: нарушился плавный ход уменьшения электропроводности в результате небольшого дождя (данные местной метеорологической станции), несущего, как известно [Имянитов и Чуба-рина, 1965], объемные заряды к земле. Кроме того, наличие сплошной облачности среднего яруса 10 баллов, по-видимому, привело к понижению среднесуточного уровня напряженности электрического поля и к ослаблению эффекта восхода Солнца. В эти два дня амплитуды суточных вариаций (как половины разности максимальных и минимальных величин) температуры составляли 7.5—8°C, а влажности — 22.5%.
23 октября на Солнце произошли две вспышки в 08:17 UT X5.4/1B и в 19:50 UT X1.1/1N. В последующие два дня резко изменился температурный режим в атмосфере: суточная амплитуда температуры упала, соответственно, до 5 и 1°C за счет аномального повышения ее в ночное время, а влажности — соответственно, до 0.5 и 2.5% за счет повышения, наоборот, в дневное время. В этих условиях 25 октября появилась сплошная облачность нижнего яруса в 10 баллов без осадков, а 24 октября она сопровождалась умеренным в начале суток и позже обложным дождем. Эти метео-
«
2000 1000 0
^ -1000
-2000 6000
+
I 4000
2000 0
2000
4000
-6000 1200
С 1000
^ 980
20 ч 15 & 10 ^ 5 ^ 0 -5
« 80
| 60
ч 40
В
2 20 2 4
о
О
2
0
о 16 § ^ 12 5 нг 8
^ <о л я 4
0
^ 8000
^ 7000
6000 1Е—3 £ 1Е—4
1Е—5 1Е—6
400 200 0
-400
-200 ¿2
- 21600
-21200
еЗ
X
20800
§
т.....|Л1 м. |.ш 1 1 |1П 1 1 Иш и1ПМ| 1 1 1 1 НИМ ■■ " || 1ЛМП1УИ1Ш. Л 1 1 1 кЛ 1 ' " 1№л11 1 1
N 1 1 1 1 1
21 22 23 24 25
26 27 X 2003 г.
28 29 30 31
Рис. 1. Суточные вариации электропроводности воздуха, напряженности электрического поля, метеорологических, геофизических и солнечных величин в период 21-31 октября 2003 г.
рологические явления отчетливо проявились в сложном характере изменения электропроводности и напряженности электрического поля.
26 октября на Солнце произошли три вспышки: в 05:17 ит Х1.2/3В, в 17:17 ЦГ Х1.2/Щ в 21:26 ЦТ М7.6/2Ы. Вслед за ними 27 и 28 октября
суточные амплитуды температуры составляли, соответственно, 2 и 2°С за счет повышения температуры ночью до +6°С, а влажности - 5 и 10%, что привело к образованию слоисто-кучевых облаков нижнего яруса от 4 до 6 баллов, но без осадков. Как видно на рис. 1, электропроводность бы-
Вспышечные события в АО 10484 и 10486 в период 19—31 октября 2003 г. и их проявления в околоземном пространстве [Веселовский и др., 2004], данн
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.