А. А. Криволуцкий Центральная аэрологическая обсерватория

Вид материала

Реферат

Содержание Рис. 17 Примерная глубина проникновения частиц различных типов как функция их энергии. Рис. 18 Скорость ионизации электронами для различных значений энергий [Уиттен, Поппов, 1977] Рис. 20 Скорость ионизации космическими лучами в период минимума (1) и максимума (2) солнечной активности.

Подобный материал:

• Центральная аэрологическая обсерватория, Росгидромет, 141700 г. Долгопрудный Моск обл.,, 959.22kb.
• Г. Красноярск, пр им газеты Красноярский рабочий, 93, оф. 48 тел. (+7 391) 245-76-08,, 267.88kb.
• Основные публикации Книги и брошюры, 464.68kb.
• Государственная центральная окружная библиотека, 4056.51kb.
• Содержание №4/2007 журнала «Обсерватория культуры», 19.46kb.
• Йона по экологическому просвещению населения/мук шаховская центральная межпоселенческая, 5.91kb.
• Методология расчета комплексных оценок агрессивности погодно-климатических условий, 702.86kb.
• Еженедельные экскурсии в киеве!!!, 61.02kb.
• Концепция буддийской нирваны перевод Б. В. Смичова и А. Н. Зелинского Тh. Stcherbatsky., 3435.44kb.
• «Грязинская центральная районная больница», 361.02kb.

где W – средняя энергия, необходимая для образования одной ионной пары (W 35 эв); dI/dE – дифференциальный поток частиц в единицах см^-2с^-1эВ^-1ср^-1; (z) – массовая плотность на высоте z, dE/dx –энергетические потери частицы (тормозящая сила) в единицах см²эВг^-1.

В полярных областях (магнитные широты > 75⁰) магнитные силовые линии открыты, и космические частицы могут легко проникать в атмосферу. Глубина проникновения при этом зависит от массы и энергии частиц. На Рис. 17 показана примерная глубина проникновения частиц разных типов как функция их энергии. На этом же рисунке приведена также высота проникновения тормозного рентгеновского излучения, обусловленного прохождением через атмосферу частиц высоких энергий. В авроральной области (70⁰ <  < 75⁰) низкоэнергичные частицы (в основном электроны с энергией 1-10 кэВ) проникают в атмосферу из магнитосферного плазменного слоя. Эти частицы вызывают оптические явления, известные как полярные сияния, но они не проникают ниже 100 км.

Рис. 17 Примерная глубина проникновения частиц различных типов как функция их энергии.

В субавроральной зоне ( < 75⁰) частицы могут ускоряться в радиационных поясах, достигая энергии в несколько МэВ, и за счет этого проникать в верхнюю стратосферу. В высоких широтах также наблюдается ионизация, вызываемая электронами, высыпающимися из радиационных поясов. Часто наблюдаются потоки электронов с энергиями более 100 кэВ (их высыпания связывают с геомагнитными бурями в субавроральном радиационном поясе). Вызванные ими явления в ионосфере обычно называют высыпанием релятивистких электронов. Оценка связанной с такими высыпаниями скорости ионизации (после усреднения за год) приведена на Рис. 18.

Рис. 18 Скорость ионизации электронами для различных значений энергий [Уиттен, Поппов, 1977]

На этом же рисунке показан эффект тормозного излучения (рентген). Следует отметить, что механизм ионообразования особенно важен в субавроральной зоне, однако эта зона занимает лишь около 7% поверхности земного шара. Во время мощных солнечных вспышек с поверхности Солнца могут излучаться частицы высоких энергий (в основном протоны с энергиями 10-300 МэВ). Эти частицы вызывают сильную ионизацию в области D ионосферы в высоких широтах (полярная шапка). Это явление может продолжаться несколько дней, сопровождаясь сильным поглощением радиоволн в полярной шапке (ППШ). Скорость ионизации при этом может возрастать от обычного значения 10 см^-3 с^-1 до 10⁴ или даже 10⁵ см^-3 с^-1. На Рис. 19 представлены высотные профили скорости ионообразования, связанной с некоторыми явлениями ППШ (Solomon et al, 1983). При этом в высокоширотной области электронная концентрация, как показывают результаты модельных расчетов, возрастает на несколько порядков (Krivolutsky et al., 2001). В области D происходит взаимодействие между ионными и нейтральными компонентами, которое приводит к дополнительному образованию окислов азота и водорода (на каждую пару ионов, образованных при торможении заряженных частиц, образуется приблизительно одна молекула NO и две молекулы ОН), которые разрушают озон в каталитических реакциях. Разрушение озона ведет к изменению широтных температурных контрастов и, как следствие, к изменению режима циркуляции (Krivolutsky et al., 2005). В Главе Атмосфера об этом сказано более подробно.

Рис. 19 Скорость ионизации космическими лучами в период максимума (1) и минимума (2) солнечной активности и солнечными протонами в июле 1982 г. (3), июле 1959 г. (4), августе 1972 г. (5).

В отсутствии вспышек на Солнце основной источник ионизации в нижней мезосфере, стратосфере и тропосфере – галактические космические лучи (ГКЛ), состоящие из протонов (83%) и -частиц (12%). По мере приближения к Земле ГКЛ приобретают тенденцию двигаться вдоль магнитных силовых линий и проникать в атмосферу в районе магнитных полюсов. Это является основной причиной наблюдаемого меридионального градиента потока космических лучей. В периоды высокой солнечной активности интенсивность попадающих в атмосферу космических лучей уменьшается вследствие воздействия солнечного ветра. Обратная картина наблюдается в периоды минимумов солнечной активности. На Рис. 20 представлены профили скорости ионизации космическими лучами в нижней стратосфере и тропосфере [Brasser, Nicolet, 1973].

Рис. 20 Скорость ионизации космическими лучами в период минимума (1) и максимума (2) солнечной активности.

Таким образом, ионизация атмосферы выше 90 км в основном обусловлена солнечным ультрафиолетовым излучением, а также рентгеновским излучением. На высотах 60-90 км ионизация происходит за счет воздействия излучения в линии Лайман- на окись азота, тогда как фотоионизация и ионизация жестким рентгеновским излучением играют второстепенную роль. Ниже 60 км доминирующая роль принадлежит космическим лучам. На Рис. 21 приводятся для сравнения интенсивности каждого из перечисленных источников в зависимости от высоты в невозмущенных условиях.

Рис. 21 Скорость ионизации атмосферы за счет различных источников днем (а) и ночью (б): 1- Лайман-; УФ и мягкий рентген; 2-излучение с =0,2-0,8 нм; 3- УФ излучение, ионизирующее О² (¹g); Лайман-; 5- космические лучи; 6- рентгеновское излучение источника SCO RX-1; 7- высокоэнергичные частицы.