Геомагнитные вариации в зоне Южного океана и оценка возможности их использования как индикатора гидрофизических процессов (по экспериментальным данным)
|
Сокращения 4
Введение 5
1. Обзор 9
1.1 Физико-географическое описание региона 9
1.1.1 Общая информация о регионе 9
1.1.2 Особенности течений и ветров 10
1.1.3 Особенности ледовой обстановки 12
1.1.4 Особенности рельефа дна 13
1.2 Методы измерений изменчивости геомагнитных характеристик
на ст. Новолазаревская (Антарктида) 15
1.3 Методы сопутствующих измерений 18
1.4 Изменчивость геомагнитных характеристик как возможный
индикатор гидрофизических процессов в Южном океане 21
1.4.1 Связь вариаций южной атмосферной циркуляции и космическая
погода [2004] 23
1.4.2 Отклик метеопараметров нижней атмосферы в Антарктике на
вариации вертикальной составляющей межпланетного магнитного поля [2005] 25
1.4.1. Роль солнечной активности в формировании аномального
течения Эль-Ниньо [2007] 26
1.4.2. Влияние геомагнитной и вулканической активности
на явления Эль-Ниньо и Ла-Нина [2009] 27
2. Материалы и методика анализа 28
2.1. Ежесуточные данные по изменчивости геомагнитных
характеристик на ст. Новолазаревская 29
2.2. Данные о характеристиках ветра на ст. Новолазаревская
за период наблюдений ГМВ 36
2.3. Данные о температуре воздуха на ст. Новолазаревская
за период наблюдений ГМВ 42
2.4. Данные Ap-индексов и ледовитости вод Антарктики
за период 1979-2003 гг. 47
2.5. Методики обработки данных 48
3. Результаты анализа 49
3.1. Анализ ежесуточных экспериментальных данных ГМВ на ст. Новолазаревская и их сравнение с А^-индексами
геомагнитной возмущенности 50
3.2. Анализ связи между ГМВ и характеристиками ветра с купола
Антарктиды в летнее время 56
3.3. Анализ связи между Ap-индексом и ледовитостью вод Антарктики 54
Заключение 70
Список используемых источников 73
Введение 5
1. Обзор 9
1.1 Физико-географическое описание региона 9
1.1.1 Общая информация о регионе 9
1.1.2 Особенности течений и ветров 10
1.1.3 Особенности ледовой обстановки 12
1.1.4 Особенности рельефа дна 13
1.2 Методы измерений изменчивости геомагнитных характеристик
на ст. Новолазаревская (Антарктида) 15
1.3 Методы сопутствующих измерений 18
1.4 Изменчивость геомагнитных характеристик как возможный
индикатор гидрофизических процессов в Южном океане 21
1.4.1 Связь вариаций южной атмосферной циркуляции и космическая
погода [2004] 23
1.4.2 Отклик метеопараметров нижней атмосферы в Антарктике на
вариации вертикальной составляющей межпланетного магнитного поля [2005] 25
1.4.1. Роль солнечной активности в формировании аномального
течения Эль-Ниньо [2007] 26
1.4.2. Влияние геомагнитной и вулканической активности
на явления Эль-Ниньо и Ла-Нина [2009] 27
2. Материалы и методика анализа 28
2.1. Ежесуточные данные по изменчивости геомагнитных
характеристик на ст. Новолазаревская 29
2.2. Данные о характеристиках ветра на ст. Новолазаревская
за период наблюдений ГМВ 36
2.3. Данные о температуре воздуха на ст. Новолазаревская
за период наблюдений ГМВ 42
2.4. Данные Ap-индексов и ледовитости вод Антарктики
за период 1979-2003 гг. 47
2.5. Методики обработки данных 48
3. Результаты анализа 49
3.1. Анализ ежесуточных экспериментальных данных ГМВ на ст. Новолазаревская и их сравнение с А^-индексами
геомагнитной возмущенности 50
3.2. Анализ связи между ГМВ и характеристиками ветра с купола
Антарктиды в летнее время 56
3.3. Анализ связи между Ap-индексом и ледовитостью вод Антарктики 54
Заключение 70
Список используемых источников 73
В настоящее время в приполярных регионах практически не ведется учет вариаций геомагнитного поля. В учебниках и учебных пособиях магнитное поле Земли (МПЗ) и геомагнитные вариации (ГМВ) рассматриваются преимущественно с позиций формирования электрических полей в море из-за течений и поверхностного волнения . Их влияние на какие-либо иные характеристики гидрофизического режима акваторий обычно не рассматривается. По-видимому, потому, что трудно представить какой-либо прямой механизм воздействия - слишком несопоставимы энергетические характеристики геомагнитных вариаций и гидрофизических процессов. Однако можно предположить роль ГМВ как некоторого индикатора такого мощного процесса как солнечная активность (СА).
Роль солнечной активности как исходного возмущающего фактора невозможно отрицать. Связям гидрофизических характеристик с СА посвящено много работ, и их здесь трудно перечислить. Обычно анализируются статистические связи конкретных характеристик с СА, и предполагаемый при этом физический механизм заключается в том, что при изменениях СА изменяется поток солнечной радиации, попадающий на Землю.
Однако в некоторых работах, обзор которых выполнен в первой главе проекта, ищется опосредованная связь некоторых гидрофизических процессов, причем конкретно - в Южном океане, с солнечной активностью через меняющиеся атмосферные характеристики над куполом Антарктиды. Такая опосредованная связь усматривается в изменении прозрачности атмосферы.
Физический механизм изменения прозрачности связан с возрастанием потока частиц от Солнца («солнечного ветра»). Вследствие специфического строения магнитосферы Земли этот поток отклоняется к полюсам, создавая некоторую «замутненность». Из-за этого в летнее время уменьшается приход солнечной радиации к поверхности приполярных акваторий.
Солнечная активность, характеризуемая числами Вольфа, не всегда воздействует на магнитосферу Земли. Выбросы солнечного вещества могут уходить в сторону. В таком случае можно полагать, что более показательной характеристикой «замутненности» атмосферы в приполярных зонах является не сама по себе солнечная активность, определяемая по астрофизическим наблюдениям, а геомагнитная возмущенность на Земле, поскольку именно она вызывается потоком высокоэнергетических частиц от Солнца.
Целью настоящего дипломного проекта является выявление закономерностей геомагнитных возмущений в зоне Южного океана по экспериментальным данным и поиск связи некоторых гидрофизических характеристик с этой возмущенность.
Для этого решались следующие задачи:
1. Проведение экспериментальных наблюдений за характеристиками геомагнитной возмущенности на ст. Новолазаревская (Антарктида).
2. Формирование базы данных для последующего анализа.
3. Выявление связи фактических экспериментальных данных по ГМВ с планетарными индексами.
4. Выявление связи между метеорологическими характеристиками (ветер, температура) на ст. Новолазаревская и фактическими ГМВ.
5. Поиск связи между ледовитостью морей Южного океана и геомагнитной возмущенностью.
Проект выполнялся на ст. Новолазаревская (Антарктида) и в экспериментальной океанологической лаборатории РГГМУ.
Роль солнечной активности как исходного возмущающего фактора невозможно отрицать. Связям гидрофизических характеристик с СА посвящено много работ, и их здесь трудно перечислить. Обычно анализируются статистические связи конкретных характеристик с СА, и предполагаемый при этом физический механизм заключается в том, что при изменениях СА изменяется поток солнечной радиации, попадающий на Землю.
Однако в некоторых работах, обзор которых выполнен в первой главе проекта, ищется опосредованная связь некоторых гидрофизических процессов, причем конкретно - в Южном океане, с солнечной активностью через меняющиеся атмосферные характеристики над куполом Антарктиды. Такая опосредованная связь усматривается в изменении прозрачности атмосферы.
Физический механизм изменения прозрачности связан с возрастанием потока частиц от Солнца («солнечного ветра»). Вследствие специфического строения магнитосферы Земли этот поток отклоняется к полюсам, создавая некоторую «замутненность». Из-за этого в летнее время уменьшается приход солнечной радиации к поверхности приполярных акваторий.
Солнечная активность, характеризуемая числами Вольфа, не всегда воздействует на магнитосферу Земли. Выбросы солнечного вещества могут уходить в сторону. В таком случае можно полагать, что более показательной характеристикой «замутненности» атмосферы в приполярных зонах является не сама по себе солнечная активность, определяемая по астрофизическим наблюдениям, а геомагнитная возмущенность на Земле, поскольку именно она вызывается потоком высокоэнергетических частиц от Солнца.
Целью настоящего дипломного проекта является выявление закономерностей геомагнитных возмущений в зоне Южного океана по экспериментальным данным и поиск связи некоторых гидрофизических характеристик с этой возмущенность.
Для этого решались следующие задачи:
1. Проведение экспериментальных наблюдений за характеристиками геомагнитной возмущенности на ст. Новолазаревская (Антарктида).
2. Формирование базы данных для последующего анализа.
3. Выявление связи фактических экспериментальных данных по ГМВ с планетарными индексами.
4. Выявление связи между метеорологическими характеристиками (ветер, температура) на ст. Новолазаревская и фактическими ГМВ.
5. Поиск связи между ледовитостью морей Южного океана и геомагнитной возмущенностью.
Проект выполнялся на ст. Новолазаревская (Антарктида) и в экспериментальной океанологической лаборатории РГГМУ.
Перед началом данной работы ставились следующие задачи. По экспериментальным данным, полученным в ходе работы 56 Российской Антарктической Экспедиции на станции Новолазаревская, а также по данным о ледовитости морей, хранящимся в архивах ААНИИ и планетарных Ар- индексах, имеющихся в свободном доступе в сети интернет, найти связь между следующими характеристиками:
1. Данными о магнитных вариациях, полученными на станции Новолазаревская и планетарными Ар-индексами;
2. Данными о магнитных вариациях и метеопараметрами, полученными на станции Новолазаревская;
3. Данными и планетарных Ар-индексах и данными о ледовитости морей Антарктики.
Был проделан большой объём работы. Все данные были осреднены до необходимых значений и помещены в один массив информации. Затем была проведена статистическая обработка получившихся данных. Для наглядности получившиеся результаты были занесены в таблицы, также были построены графики. Проанализировав полученные результаты можно сказать о том, что работа была проделана не зря и задачи, поставленные перед нами были выполнены.
Между магнитными вариациями, регистрируемыми непрерывно на станции Новолазаревская и планетарными Ар-индексами, являющимися средними значениями, получаемыми по результатам наблюдений на нескольких станциях по всему миру, присутствует чёткая связь. Также хочется выделить, что Ар-индекс - это глобальная характеристика, а магнитные вариации - локальная. Отсюда следует, что вариации DHZ-компонентов магнитного поля - гораздо более информативные величины, когда дело касается изучения и прогнозирования различным метеорологических и гидрофизических параметров определенного региона нашей планеты. Поэтому в этих работах целесообразно использовать значения магнитных вариации, получаемые непосредственно в данном регионе или близко к нему. Однако для этого требуется организация постоянного и непрерывного мониторинга этих вариаций.
Также была обнаружена связь между магнитными вариациями и метеопараметрами, регистрируемыми на станции Новолазаревская. Реакция метеопараметров относительно начала усиления вариаций магнитных компонент запаздывает примерно на 1 сутки. Это связано с удалением станции от магнитного полюса Земли на большое расстояние. Сама же природа этих связей заключается в так называемой замутнённости атмосферы в центральных районах Антарктики, вызванной усилением потока солнечного ветра. После начала регистрации усиления колебаний компонент магнитного поля, примерно через сутки наблюдаются сильные, а иногда и штормовые ветра юго-восточных направлений - с купола Антарктиды. Данная связь крайне важна в исследованиях гидрофизических процессов Южного океана, так как в работах других учёных было установлено влияние метеопараметров, в частности ветра, на различные характеристики океана. Например, на ледовитость морей Антарктики.
В дополнение к обработке данных, полученных непосредственно во время на работы на станции Новолазаревская, в ходе работы были использованы данные о ледовитости морей, окружающих Антарктиду, полученные по спутниковым наблюдениям. Массив данных включал в себя ежегодные данные о ледовитости морей Уэдделла, Росса, Беллинсгаузена и Амундсена, а также Антарктики в целом за период с 1979 по 2003 года. Было проведено сравнение величин ледовитости со значениями планетарного Ар- индекса, за этот же период, также имеющими годовую дискретность. В ходе обработки данных были обнаружены ряд связей. Имеется смысл продолжить искать связь ледовитости морей с геофизическими характеристиками, но уже, например, заменить глобальный Ар-индекс на локальные характеристики магнитных вариаций, которые определённо являются гораздо более информативными величинами. В районе Антарктиды мониторинг за этими параметрами осуществляется непрерывно на ряде российских научных станций. Для описания какого-то конкретного моря целесообразно использовать данные, полученные на ближайшей станции.
Хочется отметить, что имеется возможность для дальнейшего более глубокого изучения рассмотренных вопросов, продолжающего и логически дополняющего данный дипломный проект.
1. Данными о магнитных вариациях, полученными на станции Новолазаревская и планетарными Ар-индексами;
2. Данными о магнитных вариациях и метеопараметрами, полученными на станции Новолазаревская;
3. Данными и планетарных Ар-индексах и данными о ледовитости морей Антарктики.
Был проделан большой объём работы. Все данные были осреднены до необходимых значений и помещены в один массив информации. Затем была проведена статистическая обработка получившихся данных. Для наглядности получившиеся результаты были занесены в таблицы, также были построены графики. Проанализировав полученные результаты можно сказать о том, что работа была проделана не зря и задачи, поставленные перед нами были выполнены.
Между магнитными вариациями, регистрируемыми непрерывно на станции Новолазаревская и планетарными Ар-индексами, являющимися средними значениями, получаемыми по результатам наблюдений на нескольких станциях по всему миру, присутствует чёткая связь. Также хочется выделить, что Ар-индекс - это глобальная характеристика, а магнитные вариации - локальная. Отсюда следует, что вариации DHZ-компонентов магнитного поля - гораздо более информативные величины, когда дело касается изучения и прогнозирования различным метеорологических и гидрофизических параметров определенного региона нашей планеты. Поэтому в этих работах целесообразно использовать значения магнитных вариации, получаемые непосредственно в данном регионе или близко к нему. Однако для этого требуется организация постоянного и непрерывного мониторинга этих вариаций.
Также была обнаружена связь между магнитными вариациями и метеопараметрами, регистрируемыми на станции Новолазаревская. Реакция метеопараметров относительно начала усиления вариаций магнитных компонент запаздывает примерно на 1 сутки. Это связано с удалением станции от магнитного полюса Земли на большое расстояние. Сама же природа этих связей заключается в так называемой замутнённости атмосферы в центральных районах Антарктики, вызванной усилением потока солнечного ветра. После начала регистрации усиления колебаний компонент магнитного поля, примерно через сутки наблюдаются сильные, а иногда и штормовые ветра юго-восточных направлений - с купола Антарктиды. Данная связь крайне важна в исследованиях гидрофизических процессов Южного океана, так как в работах других учёных было установлено влияние метеопараметров, в частности ветра, на различные характеристики океана. Например, на ледовитость морей Антарктики.
В дополнение к обработке данных, полученных непосредственно во время на работы на станции Новолазаревская, в ходе работы были использованы данные о ледовитости морей, окружающих Антарктиду, полученные по спутниковым наблюдениям. Массив данных включал в себя ежегодные данные о ледовитости морей Уэдделла, Росса, Беллинсгаузена и Амундсена, а также Антарктики в целом за период с 1979 по 2003 года. Было проведено сравнение величин ледовитости со значениями планетарного Ар- индекса, за этот же период, также имеющими годовую дискретность. В ходе обработки данных были обнаружены ряд связей. Имеется смысл продолжить искать связь ледовитости морей с геофизическими характеристиками, но уже, например, заменить глобальный Ар-индекс на локальные характеристики магнитных вариаций, которые определённо являются гораздо более информативными величинами. В районе Антарктиды мониторинг за этими параметрами осуществляется непрерывно на ряде российских научных станций. Для описания какого-то конкретного моря целесообразно использовать данные, полученные на ближайшей станции.
Хочется отметить, что имеется возможность для дальнейшего более глубокого изучения рассмотренных вопросов, продолжающего и логически дополняющего данный дипломный проект.
