ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 6, с. 831-834
УДК 551.513
ВАРИАЦИИ СРОКОВ ПЕРЕСТРОЙКИ ЗОНАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ
В НИЖНЕЙ ТЕРМОСФЕРЕ
© 2004 г. Г. В. Вергасова, Э. С. Казимировский, В. Д. Кокоуров
Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск e-mail: zdk@iszf.irk.ru Поступила в редакцию 30.03.2004 г.
На основе базы данных о скорости горизонтального ветра в области высот 80-100 км (нижняя термосфера) в период 1981-1996 гг. анализировались вариации сроков весенней и осенней перестройки зональной циркуляции и продолжительности как самих перестроек, так и периодов устойчивой летней и зимней циркуляций. Использовались данные аналогичных по методике измерений скорости термосферного ветра на двух среднеширотных обсерваториях - Иркутск, Бадары (Восточная Сибирь) и Коллм (Центральная Европа). Показано, что даже на одной географической широте наблюдаются существенные региональные различия в сроках и продолжительности перестроек циркуляции. Зимний период циркуляции в Восточной Сибири систематически длиннее, чем в Европе, и для обеих обсерваторий в исследуемый период наблюдается тенденция к сокращению периода летней циркуляции.
1. ВВЕДЕНИЕ
В последние годы активно обсуждается проблема антропогенного воздействия на климат Земли. Хотя в принципе так называемый "парниковый эффект" без сомнения ведет к глобальным изменениям в атмосфере, однако характер и величина этих изменений пока еще полностью не изучены. Предполагается, что в результате должны наблюдаться: систематическое нагревание тропосферы, охлаждение стратосферы и уменьшение общего содержания озона. Есть также основания считать, что эффект не ограничивается только нижней атмосферой, но должен проявляться и в верхней атмосфере (термосфере и ионосфере). Пионерская работа [Roble and Dickinson, 1989] по моделированию реакции верхней атмосферы на удвоение содержания углекислого газа (CO2) и метана в нижней атмосфере положила начало интенсивным поискам долговременных изменений параметров нейтральной мезосферы и термосферы, а также ионосферных характеристик.
Традиционно систематические долговременные изменения именуются "трендами", что подразумевает линейную корреляцию изучаемого параметра со временем. Это, конечно, только первое приближение. Часто наблюдается изменение величины и даже знака трендов с течением времени. Это надо всегда иметь в виду, используя термин "тренд".
В верхней атмосфере можно ожидать эффекта в виде охлаждения всей средней и верхней атмосферы (а не потепления, как в тропосфере). Это охлаждение должно сопровождаться тенден-
цией к уменьшению плотности термосферы и опусканию ионосферных слоев [Ш^ et я!., 2003]. Естественно, вариации солнечной и геомагнитной активностей маскируют этот эффект. Результаты могут также существенно зависеть от широты, долготы и сезона.
Вполне естественно предположить, что систематические долговременные изменения могут проявляться не только в температуре и составе, но и в характере динамического режима атмосферы. Недавно было показано [Langematz et а1., 2о03], что рост содержания С02 и уменьшение содержания озона может влиять на циркуляцию стратосферы - зимний период циркуляции систематически увеличивается, а летний - сокращается. Однако, используя длинные ряды температурных измерений в верхней мезосфере (по атмосферным эмиссиям), было установлено [01Тегтап et а1., 2003], что на этих высотах в отличие от стратосферы длительность "летнего" температурного периода систематически увеличивается (на 12% за 20 лет). Было бы интересно посмотреть, как обстоит дело выше - в нижней термосфере.
В Институте солнечно-земной физики СО РАН в период 1975-1997 г. проводились регулярные наблюдения горизонтального ветра в нижней термосфере на обс. Иркутск/Бадары (52°К). Методика и аппаратура этих измерений (разнесенный прием радиосигналов длинноволновых радиостанций) многократно описана в научной литературе (например, [Казимировский, Кокоуров, 1979]). Аналогичные по методике измерения ведутся в течение многих лет на той же географической широте
Уох, м/с
20 10 0 -10
Бадары
ЯФМАМИИА СОН Д Месяцы
Рис. 1. Сезонные вариации среднемесячных значений преобладающего зонального (Уох) ветра. Бадары -1975-1995 гг., Коллм - 1979-1997 гг.
в Центральной Европе на обс. Коллм Лейпцигско-го Университета. Анализ и сравнение результатов измерений позволили надежно установить усредненные (климатические) характеристики сезонных вариаций преобладающего (фонового) ветра и долготные (региональные) различия этих характеристик. Целью же настоящей работы является изучение на основе имеющейся базы данных изменчивости сроков перестроек циркуляции, а также выявление возможных трендов в продол-
жительности летних и зимних циркуляционных периодов на высотах нижней термосферы.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ
В отличие от четкой сезонной смены направления ветра в нижележащей атмосфере, в нижней термосфере в климатическом ветровом режиме и в летние, и в зимние месяцы направление фонового ветра не меняется, оставаясь западным (с запада на восток). Периоды равноденствия характеризуются (в зависимости от региона и долготы) либо уменьшением скорости западного ветра (Сибирь), либо даже реверсом ветра (Европа). Рис. 1 [Каг1шкоУ8ку, Уе^а80уа, 2001] демонстрирует сезонный ход многолетних среднемесячных значений зонального преобладающего ветра для двух обсерваторий. Использовались ежесуточные измерения за период 1975-1995 гг. (Иркутск) и 19791997 гг. (Коллм), что обеспечивает высокую статистическую надежность этой картины сезонных вариаций. Видно, что скорость ветра в Восточной Сибири почти в два раза выше, чем в Центральной Европе. Осенний минимум скорости в Сибири наступает раньше, чем в Европе, а весенний минимум сопровождается реверсом ветра только в Европе.
Однако, рассматривая вариации скорости ветра от суток к суткам, без статистического усред-
м/с
20
Уох, Иркутск
Упг, Коллм
20
1990 0
1989
1988_2 20 1987 20 0
1986 20
1985 20 0
.1984 20
1983
^^ 1982 20
.1981 0 ^^ -20
>Ю 60 120 180 240 300 360
сут
1994 1993
I
1992
1991 1990
1989 1988
1987
1986 1985
1984
0 60 120 180 240 300 360
сут
Рис. 2. Временные вариации ежесуточных значений скорости преобладающего зонального ветра Уох в Иркутске (а) и в Коллме (б). Жирными горизонтальными линиями показаны средние значения Уох для периодов зимней и летней циркуляции и равноденственных перестроек.
ВАРИАЦИИ СРОКОВ ПЕРЕСТРОЙКИ ЗОНАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ
833
нения, можно убедиться в очень высокой изменчивости ветра и по модулю скорости, и по направлению, особенно в периоды равноденственных перестроек циркуляции. Известно, что в зимние месяцы реверс ветра часто связан с внезапными стратосферными потеплениями, а в летние месяцы - с магнитными возмущениями [Данилов и др., 1987]. Кстати говоря, весенняя перестройка циркуляция также нередко совпадает по времени с так называемыми "финальными" стратосферными потеплениями.
На рис. 2 показаны вариации ежесуточных значений скорости зонального преобладающего ветра (У0х) для обеих обсерваторий в течение 11-летнего цикла солнечной активности, демонстрирующие эту изменчивость.
Определим "летний" и "зимний" циркуляционный периоды как периоды устойчивых западных ветров, а периоды "перестройки" циркуляции как периоды сильной неустойчивости в направлении ветра. Видно, что при таком определении периоды перестройки могут меняться по длительности от нескольких недель до нескольких месяцев. Очевидны из рис. 2 и региональные различия в характере вариаций скорости преобладающего зонального ветра. Особенно "нестандартным" был 1988 г. для Иркутска - в первое полугодие наблюдались сильные западные ветры, а с середины июля произошла смена направления, и восточный ветер сохранялся почти в течение четырех месяцев. Зимний западный ветер установился на короткое время только в конце ноября.
Используя тот же критерий для определения начала и конца перестроек, можно проследить, как эти сроки меняются от года к году. Рис. 3 демонстрирует эти вариации для весенней и осенней перестроек циркуляции. В Коллме длительность осенней перестройки мало меняется год от года, а длительность весенней перестройки систематически растет, и летний период циркуляции сокращается. В Иркутске после 1986 г. наблюдались более ранние сроки начала осенней перестройки и значительно возросла ее длительность. Весенняя перестройка от 1981-1982 гг. к 1991 г. и начинается, и кончается позже. Для Иркутска длительность весенней перестройки меняется в интервале 58-20 сут, а осенней - 99-12 сут. Для Коллма наблюдается тенденция к возрастанию длительности весенней перестройки (минимальная -40 сут в 1985-86 и максимальная - порядка 100 сут в 1993-95 гг.). Можно отметить, что длительность весенней перестройки в Коллме меняется в более широких пределах, чем в Иркутске (36-105 сут), а длительность осенней перестройки - в более узких пределах (13-43 сут). Таким образом, для обеих обсерваторий период летней циркуляции (время между концом весенней перестройки и началом
Дни года 300
250
200
150
100
300 250 200 150 100 1980
Уох, Коллм
1986
1990 Иркутск
1994 Конец
• --•-- а Осенняя перестройка \ - Начало
- " "V
Конец
Весенняя • ' перестройка
1984
1988
Начало
1992 Годы
Рис. 3. Изменчивость год от года сроков начала и конца весенней и осенней перестроек циркуляции на двух обсерваториях.
осенней) имеет тенденцию к систематическому сокращению.
На рис. 4 представлены изменения продолжительности зимней (рис. 4а) и летней (рис. 46) цир-куляций для обеих обсерваторий. В Иркутске период зимней циркуляции может иметь длительность от 141 сут в 1983 г. до 6 месяцев (183 сут) в 1987 г., что превышает соответствующие длительности для Коллма (122-169 сут). При этом в Коллме длительность зимней циркуляции имеет тенденцию к уменьшению от 169 сут в 1984 г. до 122 сут в 1996 г., чего никак нельзя сказать для Иркутска. Что касается продолжительности летней циркуляции, то в Иркутске она была максимальной (179 сут) в 1982 г., а минимальной (84 сут) в 1987 г. В Коллме систематическое уменьшение продолжительности летней циркуляции от 1984 г. к 19
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.