ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2007, № 6, с. 3-10
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА
УДК 523.853
ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА ОТКЛИК ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЫ ВО ВРЕМЯ АКТИВНОЙ ФАЗЫ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ
© 2007 г. Л. Б. Ванина-Дарт, Е. А. Шарков, И. В. Покровская
Институт космических исследований РАН, Москва E-mails: vandart@iki.rssi.ru; easharkov@iki.rssi.ru; ivpokr@iki.rssi.ru Поступила в редакцию 06.08.2007 г.
В работе представлены результаты корреляционного анализа между параметрами ракетного зондирования экваториальной нижней ионосферы (полигон Тумба (8° с.ш., 77° в.д.)) и эволюционными спутниковыми данными тропических циклонов акватории Индийского и Тихого океанов. Вертикальный поток энергии из тропосферы достаточен для объяснения наблюдаемых амплитуд внутренних гравитационных волн в верхней атмосфере. Волны распространяются вверх по наклонной траектории, поэтому эффекты в верхней атмосфере могут проявиться не только за многие сотни километров от тропосферного источника, но и через несколько дней после своего возникновения. Одним из интенсивных источников таких волн может быть ТЦ - тропический циклон. Возникающие при этом волны могут достигать даже верхней ионосферы. Целью настоящей работы является морфологическое представление анализа результатов тщательной обработки данных ракетного зондирования нижней экваториальной ионосферы (слоя D) в области действия тропосферных катастроф - тропических циклонов в годы различной солнечной активности.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема взаимодействия тропосфера-стра-томезосфера-ионосфера до сих пор является актуальной. В действительности же взаимодействие атмосферных слоев еще раз подтверждает очевидную целостность атмосферы Земли, и в первую очередь - термодинамическую. В свою очередь на исследованиях процессов и механизмов взаимодействия между различными атмосферными слоями базируется исследование глобального энергетического переноса, являющегося основной климатологической компонентой.
Одна из основных ролей в термодинамике атмосферы отводится волновым процессам. А такие известные на сегодняшний день волны, как планетарные, приливные и гравитационные, распространяющиеся вверх и просачивающиеся сквозь системы зональных ветров, а также отражаемые ими волны, считаются физической основой воздействия со стороны нижних слоев атмосферы. Источник же этих волн - интенсивные динамические процессы в тропосфере, а передаточные характеристики определяются термодинамическим режимом средней атмосферы. Многими исследователями было показано, что взаимодействие метеорологических и ионосферных полей наиболее ярко проявляется во внетропической зимней атмосфере [1].
В данной же работе сделан акцент на исследовании тропической зоны системы тропосфера-стратомезосфера-ионосфера. Как известно, в тропической зоне атмосферы зарождается целый спектр мощных динамических явлений, наиболее
интенсивными из которых являются тропические циклоны (ТЦ) - возможные потенциальные источники воздействия "снизу". Катастрофические атмосферные вихри, зарождающиеся вблизи экватора и получающие развитие в тропической зоне земной атмосферы, представляют собой своеобразный механизм эффективного сброса избыточного тепла в атмосфере в условиях, когда действие обычных механизмов, основным из которых является турбулентная конвекция и глобальная циркуляция, становится явно недостаточным (так называемый полярный перенос). Таким образом, катастрофические атмосферные спиральные системы играют важную (и, возможно, определяющую) роль при установлении климатического температурного режима Земли (парниковый эффект), отводя излишнее тепло и способствуя предотвращению чрезмерного перегрева атмосферы (ее тропосферной части) и поверхностного слоя океана в тропической зоне [2-4].
В первой совместной работе [5] мы пытались обнаружить отклик выделяемой интенсивной энергии во время активной фазы тропических циклонов на прилегающую стратомезосферу, которая, как ожидается, должна воздействовать на нижнюю ионосферу. Нами был проделан анализ одновременных измерений электронной концентрации (ракетный полигон Тумба, Индия (8° с.ш., 77° в.д.)) и термодинамических параметров слоя В экваториальной ионосферы, а также дистанционных данных по тропическому циклогенезу в северной части Индийского океана. В результате комплексного анализа впервые был выявлен экспериментальный факт понижения электронной
концентрации в области В на расстоянии около 1000 км (в горизонтальной проекции) от ядра тропического циклона, действующего в активной фазе в акватории Аравийского моря. При этом наибольшего понижения электронная концентрация в среднем в 3-4 раза достигала на высотах 71 ± 3 км. Кроме того, во время действия ТЦ было зафиксировано небольшое повышение температуры на высоте стратопаузы около 3°С.
В данной работе мы расширили спектр поставленных перед нами задач и решили проанализировать ракетные данные того же банка за два года с разной солнечной активностью с одной стороны, и, - с другой - для тропического циклогенеза в акваториях, значительно отдаленных от непосредственного места ракетного зондирования (северозападная часть Тихого океана). Цель настоящей работы - сопоставление влияния гелиоактивности на нижнюю экваториальную ионосферу в дни с наличием активно функционирующих тропических циклонов и без них.
Для решения поставленной задачи были привлечены данные ракетного ионосферного зондирования (ракетный полигон Тумба) и спутникового дистанционного мониторинга тропического циклогенеза в Индийском и Тихом океанах.
БАЗА ДАННЫХ РАКЕТНОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ
Измерения, рассмотренные в настоящей работе, проводились Центральной аэрологической обсерваторией (ЦАО) Росгидромета на экваториальном полигоне ракетного зондирования Тумба (8° с.ш., 77° в.д.). Исходные данные являются частью базы данных, описание которой можно найти в [6-8]. Фундаментом базы данных ЦАО является банк измерений электронной концентрации [е] на метеорологических ракетах М-100Б зондовым методом, основанным на применении электростатического зонда Ленгмюра. Зонд был установлен на верхнем торце метеорологического шпиля ракеты, защищая его от влияния электрических и магнитных полей самой ракеты [9, 10]. Ему могут быть присущи систематические ошибки, которые выявляются при сравнении измерений этим методом с наиболее точными измерениями методом фарадеевского вращения. Оценочная среднеквадратическая погрешность индивидуального измерения электронной концентрации (банк ЦАО) ~ 35% [11]. При регулярном зондировании атмосферы на метеорологических ракетах кроме зонда электронной концентрации были установлены датчики температуры и аппаратура для измерения параметров ветра.
ВЛИЯНИЕ ГЕЛИОАКТИВНОСТИ
НА НИЖНЮЮ ИОНОСФЕРУ
Проблема зависимости электронной концентрации в области В от уровня солнечной активности до сих пор является одной из нерешенных [12].
Как известно, основными ионизующими излучениями в области В являются излучения в линии Лайман-а и в интервале длин волн 111.8-102.7 нм. От минимума к максимуму солнечной активности интенсивность излучения в линии Лайман-а (ионизующее молекулы N0 в области В) увеличивается в 1.7 раза. Интенсивность излучения в интервале длин волн 111.8-102.7 нм (ионизующее возбужденные молекулы О2(1АЯ)) в области В растет в 2 раза. Интенсивность рентгеновского излучения в интервале 1.2-100 нм (ионизующее все нейтральные молекулы), вносящего основной вклад в ионизацию области В, растет в 7 раз. Во сколько же раз и в какую сторону увеличение солнечной активности изменит электронную концентрацию в нижней ионосфере: этот вопрос до сих пор оставляет за собой право выбора.
Существуют противоположные точки зрения о влиянии солнечной активности на нижнюю ионосферу. Авторы работы [13] считают, что влияние волновой радиации Солнца на область В в чистом виде может быть оценено по наблюдениям в низких широтах, поскольку там отсутствуют такие явления, как зимняя аномалия. В настоящей работе, как и в работе [13], мы анализируем банк данных ЦАО. Будет уместным здесь привести выводы [13], полученные при построении эмпирических модельных распределений электронной концентрации в зависимости от высоты для периодов низкой и высокой гелиоактивности. Было определено, что на высоте 54 км, хотя количество измерений мало, хорошо выделяется обратный эффект, а именно падение электронной концентрации при падении солнечной активности. Положительные коэффициенты корреляции [е] от индексов солнечной активности (Р-су-точный индекс, поток радиоизлучения Солнца на 10.7 см и Я - относительное число солнечных пятен) получены выше 60 км, и вплоть до 80 км они невелики. Коэффициенты регрессии также систематически растут с высотой, что свидетельствует о значительном, увеличивающемся влиянии солнечной активности.
В настоящей работе мы впервые анализируем эмпирические модельные распределения [е] в зависимости от высоты для периодов низкой и высокой гелиоактивности в дни с функционирующими ТЦ и без них.
СОПОСТАВЛЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ В НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЕ В ГОДЫ РАЗЛИЧНОЙ ГЕЛИОАКТИВНОСТИ НА ФОНЕ ТРОПОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ Вертикальный поток энергии из тропосферы достаточен для объяснения наблюдаемых амплитуд ВГВ - внутренних гравитационных волн в верхней атмосфере. ВГВ распространяются вверх по наклонной траектории [1]. В таком случае эффекты от тропосферного источника в верхней ат-
мосфере проявляются за многие сотни километров и через несколько суток. Важно отметить, при распространении вверх ВГВ могут подвергаться как фокусировке, так рассеиванию и диссипации. При аналитическом рассмотрении нестационарных эффектов в нижней ионосфере, обусловленных наличием ВГВ, возможно получение временны х зависимостей экстремальных значений электронной концентрации, описывающих динамику формирования неоднородного слоя из первоначально однородного распределения. Данные зависимости имеют сильную зависимость от пространственно-временных характеристик спектров ВГВ. Поскольку плотность нижней части области В ионосферы является более высокой, чем в верхней, то и реакция электронной конц
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.