УДК 523.62-726
ДИНАМИКА СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫХ СВЯЗЕЙ ЛЕТА 2012 г. © 2014 г. К. Г. Иванов, А. Ф. Харшиладзе
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН), г. Москва, г. Троицк e-mail: kivanov@izmiran.ru Поступила в редакцию 14.04.2014 г.
Рассмотрена динамика солнечно-земных связей лета 2012 г., на переходе от фазы роста к фазе максимума 24-го цикла. Четырехсекторная структура Крупномасштабного Открытого Магнитного Поля Солнца (КОМПС) усложняется за счет прорыва полей южной полярности на Северный полюс, начало переполюсовки. Рассмотрены четыре оборота с секторами А1, В1, С1, D0, ..., D4. В начале перехода (А1, А2) существовали четкие связи между КОМПС и метеопараметрами, допускающие интерпретацию на основе влияния знака секторной структуры ММП на следующую цепочку физических процессов: усиление электрического поля в Глобальной Электрической Цепи (ГЭЦ), подъем аэрозолей, конденсация влажного воздуха, уменьшение давления, бароклинная неустойчивость атмосферы, генерация длинных волн и циклонов.
DOI: 10.7868/S001679401405006X
1. ВВЕДЕНИЕ
Динамика Крупномасштабного Открытого Магнитного Поля Солнца (КОМПС) заключительного квазидвухлетнего интервала 23-го цикла, фаз минимума, роста и перехода к фазе максимума 24-го цикла (01.2006—01.2013 гг.) исследована в нашей предыдущей работе [Иванов и Харшиладзе, 2013]. В данной статье рассматривается связь динамики КОМПС (разд. 3) секторной структуры ММП и приземного атмосферного давления (разд. 4) в одном из пунктов Центральной России (Троицк, ф = 55°, X = 37°) летом 2012 г. (СЯ 2123-2127) при переходе от фазы роста к фазе максимума 24-го цикла; обнаружены сектора КОМПС, в которых через один солнечный оборот сохранялась высокая корреляция в приземном атмосферном давлении (разд. 5); показано, что эта высокая корреляция обусловлена близостью МГД параметров потоков межпланетной магнитоплазмы из этих секторов (разд. 6).
Эти связи подтверждают более ранние результаты, полученные для аномально жаркого европейского лета 2010 г. [Иванов и Харшиладзе, 2011; 2012].
Одной из задач данной работы было разработать связную физическую интерпретацию этих явлений, основанную на предположении о влиянии электрического поля секторной структуры ММП на тропосферу, поэтому в статье с целью интерпретации обсуждаются еще и следующие пять вопросов.
Оценка электрического поля, генерировавшегося в ионосфере одним из секторов ММП КОМПС (разд. 7); количество влажного воздуха,
конденсировавшегося в Троицке при прохождении этого сектора и обеспечившего наблюденное уменьшение давления в приземной тропосфере (разд. 8); возрастание поля в ГЭЦ в этом секторе, необходимое для конденсации и наблюденного уменьшения давления (разд. 9); условие для баро-клинной неустойчивости, приведшее к генерации циклонов (разд. 10). Обсуждение и заключение приведены в разд. 11 и разд. 12.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ
Использованы наблюдения фотосферного магнитного поля (http://quake.Stanford.edu/~WSO) после всех поправок, указанных в работе Иванова и Харшиладзе [2009]. По этим данным определялись 10 первых гармоник ряда Гаусса с помощью программы КОРАК [Харшиладзе и Иванов, 1994], строились карты и определялись структура и динамика КОМПС лета 2012 г. Четырехсектор-ная структура этого периода маркировалась с запада на восток буквами 1)0, А1, В1, С1, и т.д. с нумерацией до 5-ти последовательных оборотов Солнца. На эти карты наносились положения АО по данным йр://йр.п§ас:поаа.§оу/. Данные о секторной структуре ММП и межпланетных потоках — по SPDF — CDAWeb, данные об атмосферном давлении — по http://cro.izmiran.rssi.ru/.
3. СТРУКТУРА И ДИНАМИКА КОМПС ЛЕТА 2012 г.
Динамика абсолютных глобальных значений потоков КОМПС Ф за 2006—2012 гг. исследована в работе [Иванов и Харшиладзе, 2013]. Лето 2012 г. —
20 15 10
1_I_I_I_I_I_I_I_I_I_^_1_
5 30.04.2012 г.
1_I_| |_I_1_
0 30 60 90 120 150 180 210
10.05.2012 г. б
16 11 6 _1_I_I_I_I_I_I_I_I_| |_I_I__и
240 270 300 330
1 27.05.2012 г.
J_I_I_I_I_^_I_1_
0 30
60
90
120 150 180 210 240 270 6.06.2012 г.
300 330
Рис. 1. а - СИ. 2123, В0, А1, В1, С1 - сектора КОМПС перед переполюсовкой; б - СИ. 2124, В1, А2, В2, С2 - прорыв КОМПС с южной полярности к Северному полюсу; сокращенная нумерация АО по NОАО везде, далее от 11469. Вертикальные линии - границы зоны активных долгот.
а
это конец фазы роста (апрель-июль, СЯ 21232126), начало перехода к фазе максимума (июль-сентябрь, СЯ 2126-2127) 24-го цикла. За это время значения Ф равнялись соответственно (14.7, 17.0, 16.8, 9.6, 5.5) х 1021 мкс.
На рисунках 1-3 приведены соответствующие карты КОМПС с условными обозначениями положений АО с сокращенной, начиная с 11467, нумерацией по МОЛА.
Видно, что переполюсовка КОМПС началась в июне с прорыва полей южной полярности на Северный полюс в секторе В2. Наблюдалось регулярное восточное вращение КОМПС (раскручи-
вание поля после регулярного скручивания фазы минимума [Иванов и Харшиладзе, 2013]) с запада на восток от зоны активных долгот (сектор В) до западных окрестностей этой зоны (сектор С), где на СЯ 2126 произошло резкое уменьшение Ф перехода от фазы роста к фазе максимума 24-го цикла.
Заметим, что прорыв к Северному полюсу первоначально произошел в секторе В2 (СЯ 2124), в месте, где на фазе роста в этом же секторе наблюдался повтор уникальных сейсмических явлений и произошло землетрясение в марте 2010 г. в Японии [Иванов, 2013].
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
30.07.2012 г.
Рис. 2. а - СЯ 2125, )2, А3, В3, С3 - прорыв КОМПС в зоне активных долгот )2; б - СЯ 2126, )3, А4, В4, С4.
4. СВЯЗЬ ДИНАМИКИ КОМПС С СЕКТОРНОЙ СТРУКТУРОЙ ММП И АТМОСФЕРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ В ТРОИЦКЕ
На рисунках 4, 5 представлена секторная структура ММП лета 2012 г. (апрель—сентябрь), на рисунках 6, 7 - графики атмосферного давления в Троицке.
Как видно из рисунков 1—3 нормальная секторная структура КОМПС существовала лишь в самом начале лета (апрель-июнь). Затем началась переполюсовка КОМПС, произошло разрушение нормальной структуры КОМПС.
Это исчезновение нормальной секторной структуры КОМПС, будучи неявным в динамике
ММП (рис. 4, 5), в явной форме отразилось в атмосферном давлении в Троицке (рис. 6, 7). Действительно, закономерность между изменениями направления ММП и атмосферного давления [Иванов и Харшиладзе, 2011; 2012] четко выполняется только в нормальных секторах А1, А2, В1, В2.
5. СЕКТОРА С ВЫСОКОЙ КОРРЕЛЯЦИЕЙ МЕЖДУ НАПРАВЛЕНИЕМ ММП И АТМОСФЕРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
В секторе с отрицательным полем атмосферное давление понижается и наоборот. В этом и состоит закономерность, установленная в наших работах.
5 31 26 21 16.08.2012 г.
26.08.2012 г. Рис. 3. CR 2127, сектора C4, D4, A5, B5, C5.
Летом 2012 г. она выполнялась в нормальных секторах А1, А2, В1, В2 (рис. 6, 7).
Коэффициенты линейной корреляции подтверждают эту закономерность.
Так, в секторах одного знака имеем А1/А2 = 0.74; В1/В2 = 0.86, а в секторах противоположных знаков: А1/В1 = -0.1; А2/В2 = -0.56.
6. СЕКТОРА С ВЫСОКОЙ КОРРЕЛЯЦИЕЙ, С БЛИЗОСТЬЮ МГД ПАРАМЕТРОВ ПОТОКОВ МАГНИТОПЛАЗМЫ
На рисунках 8, 9 показаны параметры магни-топлазмы потоков из секторов КОМПС А1 и А2 с высокой корреляцией между секторной структурой ММП и атмосферным давлением в Троицке (см. разд. 5).
Даны графики изменений индукции В, Вх, у, I, концентрации п, скорости У, Ух, у, z и температуры Т по данным ИСЗ АСЕ соответственно в мае и июне 2012 г.
Как следует из этих графиков, в обоих секторах наблюдались почти идентичные высокоскоростные потоки, что и обусловило достаточно высокую корреляцию А1/А2 = 0.74 между атмосферным давлением в этих секторах в Троицке.
7. ОЦЕНКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ,
ГЕНЕРИРОВАВШЕГОСЯ В ИОНОСФЕРЕ СЕКТОРОМ ММП А1 КОМПС
Простейшие теоретические модели эффекта Свалгаарда-Мансурова генерации ионосферного электрического поля азимутальной компонентой ММП, предложенные в работах ^еоп-
tyev and Lyatsky, 1974; Volland, 1975], позволяют сделать оценку электрического поля этого эффекта в ионосфере для условий весеннего и осеннего равноденствий, когда географическая ось вращения Земли составляет 10° с осью геомагнитного диполя.
Так, по Volland [1975]
E = Vdr sin ©1(4cos2 01 + sin2 &1)1/2(rb sin2 ©0)"1,
где Vdr — потенциал части полярной шапки, подтвержденной эффекту Свалгаарда—Мансурова; ©1 — коширота полюса от точки вне эффекта; rb — расстояние от центра Земли до ионосферы; ©0 — диапазон углов, в которых имеется эффект.
Эти модели в равноденствиях позволяют интерпретировать эффекты Ву компоненты в полярной области как в ионосфере и геомагнитном поле, так и в атмосфере. Вне этих сезонов, особенно летом, когда ось геомагнитного диполя может достигать 33.5° относительно оси вращения Земли, необходимы модели, учитывающие строго математически это обстоятельство, т.е. распространение эффекта Ву компоненты на средние широты.
Наше утверждение состоит в том, что секторная структура ММП любого взаимодействующего с магнитосферой сектора КОМПС генерирует эффекты не только в ионосфере, геомагнитном поле и тропосфере полярных широт, что общепризнано, но и может специфически регионально генерировать и в средних широтах, например в Западной Европе и Центральной России [Иванов и Харшиладзе, 2011; 2012], в частности в Троицке, четко выраженные непрерывные вариации при-
10 5
ч
£ 0
-5 -10 10
ч
Т
я £
ч
Т
я
0 10
10 0 10
N М К^лич , ] Д л . »л^
л ни™ т 1 1 || м у тр А1 В1 1 1
к Л Л 1 || 1 [Г 'Л
и VI и 1 1 1 1
1*4 1|цЛ | лЦН.
1 1 1 1 1 у 1
20 25 30 5 10
Апрель-Май 2012 г. б
15
20
л Т
я
«¡3
л Т
я £
Тл
я
10
10
40 30 20 10
0
10 20 40 30 20 10 0 10 20
V ''м - С1 т I А2 В2 П С2 т2
А.-, . ^/^^л^Гы,' л.* 1 ■ ^ (Члтп^/ .........
- 1 1 II 1
. 1 1 1 1 1 | |
25
5 10 15
Июнь 2012 г.
20
25
Рис. 4. Околоземная секторная структура ММП: а — апрель, май; б — июнь. Б0, А1, ... сектора КОМПС.
земного атмосферного давления, как это наблюдалось при прохождении сектора КОМПС А1. Формально математическое доказательство этого положения технически довольно сложно и потребует отдельного р
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.