GEO_36.

31-я ВККЛ, Москва, МГУ, 2010
ГЕО / GEO _36
О связи солнечной и грозовой активности.
О.М. Распопов1, В.А. Муллаяров2, В.А. Дергачев3
1
Санкт-Петербургский филиал ИЗМИРАН им. Н.В. Пушкова, Мучной пер. 2, Санкт-Петербург 191023;
oleg@or6074.spb.edu
2
ИКФИА им. Ю.Г. Шафера, пр. Ленина 31, Якутск 677891
3
ФТИ им.А.Ф.Иоффе; Политехническая, 26., Санкт-Петербург 194021;
Аннотация
Приведены результаты анализа данных непрерывной аналоговой регистрации регулярного шумового
фона (РШФ) ОНЧ-излучения в Якутске (62ON, 129OE) в диапазоне частот 0,47-9,7 кГц и их сопоставление
с развитием солнечной активности за 1972-1993 гг. В ночное время определяющий вклад в регулярный
шумовой фон вносит Африканский мировой грозовой очаг, а в дневное время – очаг в Юго-Восточной
Азии. Для 11-летней цикличности выявлена хорошая корреляция интенсивности РШФ и солнечной
активности (числа Вольфа): коэффициент корреляции R= -0,83. При сопоставлении интенсивности РШФ
и интенсивности потоков космических лучей обнаружилось запаздывание максимума потоков КЛ по
отношению к максимуму интенсивности РШФ на 2,5-3 года.
.
Введение
В течение длительного времени продолжается дискуссия о влиянии изменяющихся во времени
солнечных процессов на климатическую систему Земли. Выявлены достоверные корреляционные связи
между периодичностями солнечной активности (СА) и периодичностью ряда климатических параметров
(температура, осадки и т.д.). Однако до настоящего времени сохраняется неопределенность в понимании
физического механизма воздействия солнечной активности на климатические процессы. Одним из
направлений истолкования воздействия СА на атмосферные процессы является рассмотрение проблемы
вариабельности облачного покрова под воздействием потока космических лучей (КЛ), интенсивность
которого подвергается воздействию солнечной активности.
Первые экспериментальные данные о воздействии солнечной активности на облачный покров
были получены в [1, 2]. Авторы выявили по спутниковым данным изменение облачного покрова в ходе
развития солнечных вспышек и в последующие дни. В [3. 4] проведен анализ вариабельности облачного
покрова во время Форбуш-понижений (ФП) потоков космических лучей и во время всплесков
Солнечных Космических Лучей (СКЛ). Авторами показано, что усиление (ослаблений) потока КЛ
приводит к усилению (ослаблению) облачного покрова на широтах более 60О. В дальнейшем было
показано, что вариабельность потоков КЛ оказывает воздействие на изменение плотности нижней
облачности [5, 6]. Авторы [7] проанализировали изменение интенсивности осадков во время ФП и СКЛ и
продемонстрировали, что изменение потоков КЛ приводит к соответствующему изменению
интенсивности осадков.
Ермаков и Стожков [8] указали на ключевую роль, которую играют КЛ в формировании
молниевых разрядов в облаках. Таким образом, анализ связи между грозовой и солнечной активностями
может служить дополнительным фактором для выявления физики солнечно-земных связей.
Целью настоящей работы является краткий обзор и обсуждение результатов сопоставления солнечной и
грозовой активностей.
Экспериментальные данные и результаты их анализа
Для сопоставления молниевой и солнечной активностей были использованы результаты регистрации
регулярного шумового фона в ОНЧ-диапазоне (РШФ) на частоте 8,6 кГц в Якутске (62ON, 129OE) (Рис. 1)
и данные о вариации чисел Вольфа. Анализ суточного хода РШФ продемонстрировал наличие основного
максимума шумов в ночные часы местного времени: 00-02 LT и менее значительного максимума в
дневные часы: 16-20 LT (Рис.2). Сопоставление данных регистрации РШФ с грозовой активностью
позволило утверждать, что эти два явления взаимосвязаны. При этом, в [9, 10] было выявлено, что ОНЧшумы в ночное время связаны с грозовой активностью в Африканском мировом центре, а в дневные часы
__________________________________________________________________________________________
1
В.А.Дергачев поддерживается РФФИ, гранты 09-02-00083, 10-05-00083
2
О.М.Распопов поддерживается РФФИ, грант 10-05-00083, а также Программой №16 Президиума РАН
Рис. 1. Географическое положение пункта приема регулярного шумового фона ОНЧ-излучения (О) и
Африканского (+) и Южно-Азиатского (++) моровых центров грозовой активности.
– В Южно-Азиатском мировом центре (Рис. 1). В летнее время РШФ может быть связан с местной
грозовой активностью.
На Рис. 2 приведены осредненный годовой ход данных регистрации ОНЧ-шумов за 15-летний
временной интервал для дневных (Рис. 2а) и ночных (Рис. 2б) часов. Из рисунка следует, что дневные и
ночные РШФ имеют различные годовой ход. В то время как интенсивность ночных шумов возрастает в
конце марта – апреле и затухает в ноябре, в дневные часы шумы регистрируются только в июле-августе.
Ночные РФШ также имеют наибольшую интенсивность в июле-августе. Так как шумовая активность в
ночные часы ассоциируется с деятельностью Африканского мирового центра, то естественно, что
сопоставление солнечной и грозовой активности провести на примере ночных РФШ [11].
Рис. 2. Годовой ход интенсивности регулярного шумового фона ОНЧ-излучений в Якутске осредненный
за временной интервал с 1979 по 1993 гг. для дневных (а) и ночных (б) часов.
На Рис. 3а и 3б представлены осредненные месячные значения интенсивности РФШ в ночные часы за
июль и август во временном интервале от 1979 до 1993 г. На этих же рисунках пунктиром показаны
осредненные месячные значения чисел Вольфа за те же месяцы и годы. Из рисунков видно, что
наблюдается корреляция в противофазе для солнечной активности (числа Вольфа) и графиком РФШ.
Коэффициент корреляции оказался для июля равным R=-0.83, а для августа – R=-0.78. Если обратиться к
нижней части рисунков 3а и 3б, то обращает на себя внимание усиление потоков ГКЛ в конце 21-го
солнечного цикла, т.е. в 1987 г. Однако именно в этом году отмечен резкий спад интенсивности РФШ и,
следовательно, грозовой активности. Таким образом, имеет место хорошая корреляция между развитием
А
Б
Рис. 3. Вариации среднемесячных значений интенсивности регулярного шумового фона ОНЧ-излучений
в ночные часы и вариации чисел Вольфа (пунктирная линия) для июля (А) и августа (Б) во временном
интервале с 1979 по 1993 гг. В нижней части рисунков (А) и (Б) приведены осредненные значения
вариаций потоков космических лучей по данным нейтронного монитора в Климаксе и вариации чисел
Вольфа за тот же временной интервал.
солнечной активности и грозовой деятельности, однако экстремумы графика грозовой деятельности и
интенсивности КЛ смещены на 2-2.5 года. При этом максимум развития грозовой деятельности
опережает максимум потоков ГКЛ и, можно полагать, что в ряде временных интервалов вариации потока
ГКЛ могут оказаться не в фазе, а в противофазе с вариациями грозовой активности.
В этом плане целесообразно привести данные по анализу вариаций РФШ в Якутске во время
Форбуш- понижений космических лучей [12]. На Рис.4 приведены осредненные методом наложения
эпох (111 случаев ФП) вариации РФШ в 11-дневном интервале, нулевой день которого совпадает с
началом Форбуш-понижений. На рисунке нанесены графики вариаций ежедневного уровня ОНЧ-шумов
в районе минимума и максимума (цикл 22) солнечной активности. И в том и в другом случае развитие
Форбуш-понижения, т.е. уменьшение потока КЛ, сопровождалось возрастанием уровня РШФ, что, в
принципе, может свидетельствовать об усилении грозовой активности в условиях понижения
Рис. 4. Вариации уровня регулярного шумового фона ОНЧ-излучений относительно дня начала Форбушпонижений КЛ в минимуме 21-го цикла солнечной активности (непрерывная кривая) и максимуме 22-го
цикла солнечной активности (пунктир) [12].
интенсивности КЛ. Это результат в известной степени перекликается с приведенным выше результатом,
когда в 1987 г. имел место максимум потока ГКЛ, а в то же время происходило резкое уменьшение
уровня регулярных ОНЧ-шумов
Полученные результаты указывают на неоднозначный характер воздействия солнечной активности
как на результаты регистрации ОНЧ-шумов, связанных с грозовой активностью, так и на вариации
активности источников гроз. В [12] высказано предположение, что на результаты регистрации РФШ в
Якутске могут оказывать воздействие изменения параметров приземного волновода при изменении
солнечной активности и вариабельности потока космических лучей. Эта проблема требует своего
дальнейшего изучения. Кроме того, необходим дальнейший анализ физических процессов, связанных с
воздействием космических лучей и других физических факторов проявления солнечной активности
непосредственно на источник молниевой активности.
Заключение
Изложены результаты анализа данных регистрации регулярного шумового фона ОНЧ-излучений в
Якутске (62ОN, 129ОE) за временной интервал с 1972 по 1993 г. Регистрируемый шумовой фон связан, в
основном, с развитием грозовой активности в Африканском и Южно-Азиатском мировых очагах.
Осредненные по годичным интервалам вариации уровня ОНЧ-шумов демонстрируют высокую степень
корреляции (в противофазе) с вариациями солнечной активности (числа Вольфа). При сопоставлении
вариаций уровня ОНЧ-шума и интенсивности потоков ГКЛ обнаруживается запаздывание максимума
потоков ГКЛ по отношению к максимуму интенсивности шума на 2-2.5 года. При этом максимум потока
ГКЛ совпал по времени с резким уменьшением уровня ОНЧ-шумов. Анализ уровня ОНЧ-шумов во время
Форбуш-понижений интенсивности потоков космических лучей продемонстрировал возрастание уровня
шумов во время Форбуш-понижений.
Полученный результат указывает на неоднозначную связь солнечной активности и развития
грозовой активности в атмосфере Земли. Не исключено, что не только космические лучи, но и другие
космофизические факторы (УФ и рентгеновское излучения и т.д.) воздействуют на формирование
мировой грозовой активности.
Данная работа выполнена при поддержке РФФИ: 09-02-00083, 10-05-00129, Программы ОФН
РАН «Плазменные процессы в солнечной системе» (VI-15) и Программы №16 Президиума РАН
Список литературы
[1] Дмитриев А.А., Ломакина Е.Ю. Облачность и рентгеновское излучение космоса. // В: «эффекты
солнечной активности в нижней атмосфере» под ред. Ракиповой Л.Р. Л. Гидрометеоиздат. 1977. С.
70-77.
[2] Дмитриев А.А., Говоров Д.В. Взаимная связь физического и гелиофизического экспериментов. // В:
Зимние потепления полярной стратосферы. Труды ААНИИ, Т. 311. Л. Гидрометеоиздат. 1972. С.
132-137.
[3] Веретененко С.В., Пудовкин М.И. Эффекты Форбуш-понижений галактических космических лучей в
вариациях общей облачности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 34, №4. С. 38 -44. 1994 .
[4] Веретененко С.В., Пудовкин М.И. Вариации общей облачности в ходе всплесков солнечных
космических лучей // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 36, №1. С. 153 -156. 1996 .
[5] Palle E., Butler C.J. The Influence of Cosmic Rays on Terrestrial Clouds and Global Warming //
Astronomy and Geophysics. V. 41 (4). P. 418-4.22. 2000.
[6] Marsh N., Svensmark H. Low clouds properties influenced by cosmic rays //Physical Review Letters. V. 85.
P. 5004-5007 2000.
[7] Стожков Ю.И., Покревский П.Е., Зулло Ж мл., Марьин И.М., Охлопков В.П. Пеллегрино Ж.К. Пинто
Х.С., Безерра П.С. Турели А. Мл. Воздействие потоков заряженных частиц на интенсивность осадков.
// Геомагнетизм и аэрономия. Т.36, №4. С.211-216. 1996.
[8] Ермаков В.И., Стожков Ю.И. Физика грозовых облаков // Препринт 2, ФИАН. 39 с. 2004.
[9] Дружин Г.И., Торопчинова Т.В., Шапаев В.И. Регулярный шумовой фон в ОНЧ_излучении м мировые
очаги гроз// Геомагнетизм и аэрономия. Т.26, №2. С.258-264. 1986.
[10] Дружин Г.И., Шапаев В.И. Рольмировой грозовой активности в формировании амплитуды
регулярного шумового фона. // Геомагнетизм и аэрономия. Т.28, №1. С.81-86. 1988.
[11] Муллаяров В.А., Каримов Р.Р., Козлов В.И., Мурзаева Н.Н. Связь среднеширотного шумового ОНЧизлучения с солнечной активностью // Геомагнетизм и аэрономия. Т.37, №6. С.132-136. 1997
12] Каримов Р.Р., Муллаяров В.А., Козлов В.И. ОНЧ-шумы в период Форбуш-понижений космических
лучей // Геомагнетизм и аэрономия. Т.40, №3. С.130-132. 2000