научная статья по теме ВАРИАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ РАЗЛИЧНЫХ ИЗОБАРИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ АТМОСФЕРЫ ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ Физика

Текст научной статьи на тему «ВАРИАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ РАЗЛИЧНЫХ ИЗОБАРИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ АТМОСФЕРЫ ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 5, с. 721-723

УДК 551.521.64;524.1:550.385

ВАРИАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ РАЗЛИЧНЫХ ИЗОБАРИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ АТМОСФЕРЫ ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ © 2015 г. В. Л. Янчуковский, С. А. Сюняков, В. С. Кузьменко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геофизическая служба Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск E-mail: vjanch@gs.nsc.ru

Временные вариации интенсивности космических лучей представляют собой суперпозицию эффектов различной природы, включая и атмосферные эффекты. Последние обусловлены в первую очередь изменениями температуры и плотности атмосферы. Показано, как по данным непрерывной регистрации космических лучей получать информацию о вариациях температуры различных изобарических уровней атмосферы.

DOI: 10.7868/S0367676515050464

Наблюдаемые вариации интенсивности космических лучей содержат информацию о спектре модуляции первичного потока в межпланетном пространстве, об изменениях жесткости геомагнитного обрезания, вызванных возмущениями в магнитосфере, об изменениях плотности и температурного режима атмосферы. Для анализа наблюдаемых вариаций космических лучей и разделения их на составляющие различной природы необходимы многоканальные системы наблюдений, информационные каналы которых значительно различались бы по своим параметрам.

Многоканальный наблюдательный комплекс в Новосибирске [1] обеспечивает получение информации о вариациях интенсивности космических лучей в области энергий от 3 до 200 ГэВ с различных азимутальных направлений под различными углами к зениту. Вариации интенсивности, регистрируемой каналом п комплекса в пункте с на уровне к0 атмосферы, связаны с первичным спектром Б (К), жесткостью геомагнитного обрезания Кс, температурой Т атмосферы и атмосферным давлением Н, следующим образом:

AL

(Vt)= (R,t)W„ (R,h)dR -AR (t)Wn (Rc,h) J D

+ < exp

Jвn(h)dh

h0

- 1

+ Jwn (70,he,h)AT(h,t)dh, (1)

где Wn(R, Н0) — функция энергетической чувствительности канала п или коэффициент связи согласно определению [2]; рп (к) — барометрический коэффициент канала п; п (Т0,к0, к) — функция плотности температурных коэффициентов, отражающая вклад слоев атмосферы в создание интегрального температурного эффекта интенсивности; АТ (к) — временные вариации температуры атмосферы в зависимости от высоты. Решение системы уравнений (1) представлено нами в [3], и на примере многолетних наблюдений с помощью комплекса показана возможность мониторинга первичного потока космических лучей, жесткости геомагнитного обрезания, плотности и среднемассовой температуры атмосферы. Таким образом, становятся известны основные составляющие вариаций интенсивности, в том числе

и составляющая, обусловленная изменениями температурного режима атмосферы. Знание температурной составляющей вариации интенсивности мюонов, регистрируемых в каналах комплекса, и распределения плотности температурных коэффициентов интенсивности мюонов в атмосфере, которые были найдены нами методом главных компонент ранее [4], позволяет перейти к задаче оценки вариаций температуры на различных изобарах атмосферы.

Нахождение высотного профиля температуры атмосферы Т(Н) с помощью космических лучей сводится к решению системы интегральных уравнений вида

AI

(T, n) = J w (n, h)AT (h)dh

(2)

»

c

ЯНЧУКОВСКИИ и др.

722

к

или — (Т,п) = (п,к)Т(к)сСк — (п,к)Т(к)Ск,

о

поскольку АТ (к) = Т (к) - Т (к).

Здесь ^ (Т, п) — температурная составляющая вариаций интенсивности мюонов, регистрируемых каналом п телескопа, w (п, к) — распределение плотности температурных коэффициентов для канала

п, а к „ (п, к)Т (к)С к = О (п) — постоянная для каждого из каналов п величина. Функции м>п(к), найденные нами ранее [4], и Т(к) заданы таблично для определенных значений к. Если воспользуемся линейной интерполяцией между узлами интерполирования к, то интеграл в выражении (1) для

каждого из каналов п можем представить суммой из т интегралов (т — число интервалов, в которых к меняется от к (т) до к(т)):

к(т)

У | м>„ (т, к)Т(т, к)с1к, (3)

т к0(т)

где

w (п, к) = ат (п) + Ьт (п) к, (4)

Т (т, к) = Ст + Стк. (5)

Система интегральных уравнений (2) преобразуется в систему линейных уравнений.

Для каждого из п каналов запишем

У Г [ат + Ьтк][Ст + СщНСН

*—'т Кш

или

У{с

ат(кт к0т) + Ц Ьт(кт к0т)

Введем обозначения

Тогда

+ Ст

1 ат(кт к0т) + Ц Ьт(кт к0т)

1 2 2 ат(кт - к0т) + 2 Ьш(НШ - к0т)

2 ат(кш - к0т) + 1 Ьш(Нш - кот)

- Ат,

= Вт.

(6) (7)

У (СтАт + СтВт) = С^ Ат + С^ + Н^ Ащ] + (С2[В2 + к £ Ат] + .. . + ^-1^-1 + Нп-хУ Ат] + ^ВЩ, (8)

и=1

п=2

п=3

п-1

т

т

т

так как С2 = С1 + Ск1, Ст = Ст-1 + Сщ-Нш-Х.

В результате уравнение вариаций интенсивности для канала п будет иметь вид

Мт (п) + б (п) = СхУ Ат + С1[В1 + к1 У Ат] + ... + Ст-1[Вт-1 + кт-хУ Ат] + СтВт. (9)

и=1 т=2

т

т

Для определения константы О (п) используем это же выражение (5), в котором искомые параметры сх и Сх,.,.Ст заменяем постоянными значениями, найденными для среднегодового высотного распределения температуры атмосферы. Параметры с0 (т) и С0 (т) характеризуют средний (среднегодовой) высотный профиль температуры атмосферы.

В анализе были использованы данные непрерывных (часовых) измерений интенсивности космических лучей многоканальным комплексом в Новосибирске за период 2006—2008 гг. Результаты, полученные из решения системы уравнений (9),

представлены на рисунке. Слева на рисунке указаны изобары, справа — температура на изобарах. Сплошная линия — результаты анализа вариаций интенсивности мюонов, точки — данные аэрологического зондирования. Периодичность аэрологического зондирования 2 раза в сутки.

Таким образом, непрерывные наблюдения за вариациями космических лучей, проводимые на станциях космических лучей, оснащенных мю-онными телескопами, позволяют получать информацию о вариациях температуры атмосферы в реальном времени.

Работа выполнена при финансовой поддержке Президиума РАН: проект 10.3 "Космические лу-

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 5 2015

ВАРИАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ РАЗЛИЧНЫХ ИЗОБАРИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ АТМОСФЕРЫ

723

о VO о 2 CN

' -'У ; ' jj ¿/SC

к ]20°СЧ^

-60 -55 -55 -55 -55 U

о

яГ £

-50 fr Г л о С

-35 S о Н

20

10

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I_I I I I I I I I I

2006 2007 2008 Годы

Вариации температуры на различных изобарических уровнях атмосферы по данным космических лучей (сплошная кривая) и результатам аэрологического зондирования (точки).

чи в гелиосферных процессах по наземным и стратосферным наблюдениям" в рамках программы № 10 "Фундаментальные свойства материи и астрофизика".

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Янчуковский В.Л. //Солнечно-земная физика. Новосибирск: Наука, 2010. Вып. 16. С. 107.

2. Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы гстрофизики космических лучей. М.: Нгукг, 1975. С. 359.

3. Yanchukovsky V.L., Kuz'menko V.S. Antsyz E.N. // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V 51. № 7. P. 893.

4. Янчуковский В.Л., Кузьменко В.С. // Изв. РАН. Сер. физ. 2013. Т. 77. № 5. С. 634; Yanchukovsky V.L., Kuz'menko V.S. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2013. V.77. № 5. P. 569.

0

0

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 5

2015

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.

Показать целиком