Статистически значимые оценки влияния солнечной активности на планетарные волны в средней атмосфере северного полушария по данным модели МСВА

Автор: Коваль А.В.

Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika

Статья в выпуске: 4 т.5, 2019 года.

Бесплатный доступ

Для зимнего периода в Северном полушарии с помощью численного моделирования изучается влияние изменений в термосфере, обусловленных уровнем солнечной активности (СА), на амплитуды долгопериодных планетарных волн (ПВ). Используется модель средней и верхней атмосферы (МСВА), позволяющая производить расчеты на высотах 0-300 км. Изменения СА в радиационном блоке МСВА задаются различными значениями потока солнечного излучения на длине волны 10.7 см для высот более 100 км. Для учета влияния заряженных частиц в ионосфере на динамику нейтрального газа в МСВА включены ионосферные проводимости для различных уровней СА. Для повышения статистической достоверности результатов получены два ансамбля расчетов, состоящие из 16 модельных прогонов каждый и соответствующие минимуму и максимуму СА. Проведен расчет статистической значимости средних разностей амплитуд ПВ при высокой и низкой СА. Показано, что полученные результаты достоверны почти во всем диапазоне высот 0-300 км. Моделирование впервые показало, что в средней атмосфере Северного полушария статистически достоверные различия амплитуд долгопериодных ПВ могут составлять 10-15 % в зависимости от зонального волнового числа ПВ. При этом существенное влияние на распространение ПВ в средней атмосфере оказывает отражение волн на высотах нижней термосферы.

Еще

Общая циркуляция, планетарные волны, численное моделирование, солнечная активность

Короткий адрес: https://sciup.org/142222499

IDR: 142222499 | DOI: 10.12737/szf-54201907

Список литературы Статистически значимые оценки влияния солнечной активности на планетарные волны в средней атмосфере северного полушария по данным модели МСВА

1. Бруевич Е.А., Якунина Г.В. Циклическая активность Солнца по наблюдениям индексов активности на разных временных шкалах // Вестн. МГУ. Сер. 3.: Физика, астрономия. 2015. Т. 4. С. 66-74. DOI: 10.3103/S0027134915040062.
2. Витинский Ю.И., Копецкий М., Куклин Г.В. Статистика пятнообразовательной деятельности Солнца. М.: Наука, 1986. 296 с.
3. Гаврилов Н.М., Коваль А.В. Параметризация воздействия мезомасштабных стационарных орографических волн для использования в численных моделях динамики атмосферы // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 3. С. 271-278. DOI: 10.7868/S0002351513030061.
4. Гаврилов Н.М., Погорельцев А.И., Якоби К. Численное моделирование влияния широтно-неоднородных гравитационных волн на циркуляцию средней атмосферы // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41, № 1. С. 14-24.
5. Дерффель К. Статистика в аналитической химии. М.: Мир, 1994. 268 с.
6. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. М.: Физматлит, 2006. 816 с.
7. Криволуцкий А.А., Черепанова Л.А., Дементьева А.В. и др. Глобальная циркуляция атмосферы земли на высотах от 0 до 135 км, рассчитанная с помощью модели ARM. Учет вклада солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55, № 6. С. 808-828. DOI: 10.7868/ S0016794015060061.
8. Погорельцев А.И. Генерация нормальных атмосферных мод стратосферными васцилляциями // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43, № 4. С. 463-475.
9. Шевчук Н.О., Ортиков М.Ю., Погорельцев А.И. Моделирование атмосферных приливов с учетом суточных вариаций ионосферных проводимостей // Химическая физика. 2018. Т. 37, № 5. С. 93-106. DOI: 10.7868/ S0207401X18050126.
10. Andrews D.G., Holton J.R., Leovy C.B. Middle Atmosphere Dynamics. New York: Acad. Press, 1987. 489 p.
11. Arnold N.F., Robinson T.R. Solar cycle changes to planetary wave propagation and their influence on the middle atmosphere circulation // Ann. Geophys. 1998. V. 16, iss. 1. P. 69-76. DOI: 10.1007/s00585-997-0069-3.
12. Chang L.C., Yue L., Wang W., et al. Quasi two day wave-related variability in the background dynamics and composition of the mesosphere/thermosphere and the ionosphere // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. V. 119, iss. 6. P. 4786-4804. DOI: 10.1002/2014JA019936.
13. Charney J.G., Drazin P.G. Propagation of planetary-scale disturbances from the lower into the upper atmosphere // J. Geophys. Res. 1961. V. 66, N 1. P. 83-109.
14. Dahiya R.C., Gurland J. How many classes in the Pearson Chi-square test? // Journal of the American Statistical Association. 1973. V. 68, N 343. P. 707-712. DOI: 10.2307/2284803.
15. Forbes J. M., Zhang X., Ward W., Talaat E. R. Climatological features of mesosphere and lower thermosphere stationary planetary waves within ±40 latitude // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, iss. D17, 4322. DOI: 10.1029/2001JD001232.
16. Fröhlich K., Pogoreltsev A., Jacobi Ch. Numerical simulation of tides, Rossby and Kelvin waves with the COMMA-LIM model // Adv. Space Res. 2003. V. 32, iss. 5. P. 863-868. DOI: 10.1016/S0273-1177(03)00416-2.
17. Gavrilov N.M. Parameterization of momentum and energy depositions from gravity waves generated by tropospheric hydrodynamic sources // Ann. Geophys. 1997. V. 15, iss. 12. P. 1570-1580. DOI: 10.1007/s00585-997-1570-4.
18. Geller M.A., Alpert J.C. Planetary wave coupling between the troposphere and the middle atmosphere as a possible Sun-weather mechanism // J. Atmos. Sci. 1980. V. 37. P. 1197-1215.
19. Hathaway D.H. The Solar Cycle // Living Rev. Solar Phys. 2010.V. 12, 4. DOI: 10.1007/lrsp-2015-4.
20. Holton J.R. The Dynamic Meteorology of the Stratosphere and Mesosphere. 1975. 218 p. (Meteorol. Monographs, V. 15, N 37).
21. Jacobi Ch., Hoffmann P., Kurschner D. Trends in MLT region winds and planetary waves, Collm (52° N, 15° E) // Ann. Geophys. 2008. V. 26, iss. 5. P. 1221-1232. DOI: 10.5194/ angeo-26-1221-2008.
22. Kobayashi S., Ota Y., Harada H., et al. The JRA-55 Reanalysis: general specifications and basic characteristics // J. Meteorol. Soc. Japan. 2015. V. 93, iss. 1. P. 5-48. DOI: 10.2151/ jmsj.2015-001.
23. Koval A.V., Gavrilov N.M., Pogoreltsev A.I, Shevchuk N.O. Influence of solar activity on penetration of traveling planetary-scale waves from the troposphere into the thermosphere // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018a. V. 123, iss. 8. P. 6888-6903. DOI: 10.1029/2018JA025680.
24. Koval A.V., Gavrilov N.M., Pogoreltsev A.I., Shevchuk N.O. Propagation of stationary planetary waves to the thermosphere at different levels of solar activity // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018b. V. 173, P. 140-149. DOI: 10.1016/j.jastp.2018.03.012.
25. Laštovicka J. Forcing of the ionosphere by waves from below // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2006. V. 68, iss. 3. P. 479-497.
26. Liu H.L., Talaat E.R., Roble R.G., et al. The 6.5-day wave and its seasonal variability in the middle and upper atmosphere // J. Geophys. Res.: Atmos. 2004. V. 109, iss. D21, D21112. DOI: 10.1029/2004jd004795.
27. Lu H., Scaife A.A., Marshall G.J., et al. Downward wave reflection as a mechanism for the stratosphere-troposphere response to the 11-year solar cycle // J. Clim. 2017. V. 30, N 7. P. 2395-2414. DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0400.1.
28. Mukhtarov P., Pancheva D., Andonov B. Climatology of the stationary planetary waves seen in the SABER/TIMED temperatures (2002-2007) // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. A06315. DOI: 10.1029/2009JA015156.
29. Pancheva D., Lysenko I. Quasi-two-day fluctuations observed in the summer F region electron maximum // Българско геофизично списание. 1988. Т. 14, № 2. С. 41-51.
30. Pogoreltsev A.I., Vlasov A.A., Fröhlich K., Jacobi Ch. Planetary waves in coupling the lower and upper atmosphere // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007. V. 69, iss. 17-18. P. 2083-2101. DOI: 10.1016/j.jastp.2007.05.014.
31. Rice J.A. Mathematical statistics and data analysis (3rd edition). Pacific Grove. Duxbury Press., 2006. 603 p.
32. Richards P.G., Fennelly J.A., Torr D.G. EUVAC: a solar EUV flux model for aeronomic calculations // J. Geophys. Res. 1994. V. 99, iss. A5. P. 8981-8992. DOI: 10.1029/94JA00518.
33. Tapping K.F. Recent solar radio astronomy at centimeter wavelength: the temporal variability of the 10.7-cm flux // J. Geophys. Res.: Atmos.1987. V. 92, iss. D1. P. 829-838. DOI: 10.1029/JD092iD01p00829.
34. Wang J.C., Chang L.C., Yue J., et al. The quasi 2 day wave response in TIME-GCM nudged with NOGAPS-ALPHA // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017. V. 122, iss. 5. P. 5709-5732. DOI: 10.1002/2016JA023745.
35. URL: http://sidc.be/silso/datafiles (дата обращения 18 ноября 2017).

Еще

Статья научная