Исследования Земли, атмосферы и околоземного космического

Аннотация
результатов работы по 2-му этапу 2009 года
проекта № РНП.2.1.1.1138 АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (20092010 годы)» «Исследования Земли, атмосферы и околоземного космического
пространства (проект «Геокосмос»)»,
руководитель – доктор физ.-мат. наук Ю.М.Тимофеев.
В ходе выполнения 2-го (2009 года) этапа проекта получены следующие основные
результаты:
1. Накоплены и проанализированы базы данных о параметрах мезомасштабных волн
в результате анализа вариаций индекса радиорефракции атмосферы (сухой
температуры) на высотах 5–35 км по данным эксперимента GPS/CHAMP.
2. Разработана не имеющая аналогов модель кинетики электронно-колебательно
возбужденных продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода в
верхней атмосфере. Разработаны методы решения прямой и обратной задач в
рамках новой модели фотодиссоциации О2 и О3. Проведено восстановление
вертикальных профилей озона для серии событий спутникового эксперимента
TIMED-SABER на основе измеренных высотных профилей интенсивности ИК
Атм полосы О2. Предложен новый аналитический метод восстановления озона из
измерений интенсивностей эмиссии молекул О2(b1+g, v=1).
3. Проведены
многочисленные
сопоставления
наземных
и
спутниковых
(SCIAMACHY, GOME и OMI) измерений содержания стратосферного и
тропосферного NO2, проанализирована их согласованность и оценена сходимость
результатов. По данным ежечасных измерений концентраций NO2 в приземном
воздухе
оценен
суточный
цикл
вариаций
этой
газовой
компоненты,
проанализировано влияние ветрового режима на результаты наземных измерений
НИИФ СПбГУ и построено распределение тропосферного содержания NO2,
выявившее влияние городского загрязнения на результаты измерений. С помощью
моделирования проведены тестовые расчеты полей концентрации NO2 в районе
Санкт-Петербурга для январяфевраля 2006 г. Построена карта среднегодового
распределения тропосферного NO2 над северной частью Евразии в период с
октября 2004 по сентябрь 2009 года.
4. Проведено статистическое исследование магнитной структуры полярных каспов по
многолетним наборам данных спутников Cluster и Polar. Благодаря плотному
покрытию области каспов наблюдениями в широком интервале расстояний от
Земли, удалось выявить пространственное распределение диамагнитной депрессии
магнитного поля по всей длине северного и южного каспов, а также количественно
изучить эффект «проникновения» азимутальной компоненты межпланетного
магнитного поля (ММП), связанный с его пересоединением с земным полем и с
формированием околополуденной системы продольных токов. В частности,
показано, что (а) глубина диамагнитной депрессии быстро нарастает с удалением
от Земли и наиболее чувствительна к давлению солнечного ветра и к углу между
осью земного диполя и направлением ветра, но сравнительно слабо связана с Zкомпонентой ММП; (б) продольные токи смещены к полюсам относительно зоны
касповой депрессии поля и чётко коррелируют с направлением и величиной Yкомпоненты ММП.
5. Разработана методика выявления и количественной оценки временных
запаздываний между сигналами с привлечением методики кросс-рекуррентного
анализа и преобразования Хафа.
6. При рассмотрении среднегодовых временных рядов приземной температуры
воздуха в Стокгольме, Санкт-Петербурге и центральной Англии установлено, что в
середине 1930-х годов 20-го века произошел фазовый переход на новый уровень
динамического поведения локальных климатических систем. Установлено, что
такая смена режимов носит глобальный характер, справедлива для климатической
системы Земли в целом. Анализ английского температурного ряда (с 1659 года)
показал, что динамический режим, присущий поведению климатической системы в
течение последних 70 лет, ранее не наблюдался, а значит, является уникальным.
Рекуррентный анализ чисел Вольфа выявил фазовый переход, по времени
приходящийся также на середину 1930-х годов. Это дает основание утверждать,
что либо между климатическим и солнечным фазовыми переходами существует
причинно-следственная связь, либо существует какой-то внешний фактор
определяющий синхронные изменения динамики обеих систем.
7. Выявлена высокая степень синхронизации солнечной активности в северном и
южном полушариях. Дана численная оценка крупномасштабной
квазипериодичности северо-южной асимметрии площадей солнечных пятен.
Установлено, что фазовые запаздывания проявляются на масштабах не менее года.
8. На основе анализа временных рядов приземной температуры северного и южного
полушарий Земли выявлено два качественно различных режима поведения. До
начала фазового перехода температурные ряды проявляют некоторую
идентичность с поправкой на внутреннее время сегментов соответствующих им
фазовых траекторий, однако после фазового перехода температурные ряды можно
рассматривать уже как коррелированные шумы.