Цивилизация
Используя недавно разработанную глобальную модель всей атмосферы — EAGLE, — ученые связали изменчивость количества свободных электронов в ионосфере (полного электронного содержания) экваториальных широт с повышением температуры стратосферы над Арктикой. Результаты работы окажутся полезными не только в исследованиях космоса и атмосферы, но также и при планировании спутниковых программ. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Статья опубликована в Journal of Space Weather and Space Climate.
Выбросы солнечной корональной массы, в результате которых потоки ионизированных частиц (космическая плазма) с огромной скоростью устремляются к Земле, влияют как на геомагнитное поле, так и, возможно, на климат нашей планеты. В околоземном пространстве частицы солнечного ветра взаимодействуют с частицами магнитосферы и атмосферы Земли, изменяя концентрацию холодной околоземной плазмы. Заряженные околоземные частицы, область скопления которых называется ионосферой и совпадает с верхней частью атмосферы, могут отражать и преломлять электромагнитные волны. На процессы, происходящие в ионосфере, оказывают влияние и нижние слои атмосферы — тропосфера, стратосфера и мезосфера. Именно поэтому при планировании спутниковых программ, исследований космоса и атмосферы важно учитывать все возможные явления в околоземном космическом пространстве.
Исследователи из Калининградского филиала Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н. В. Пушкова РАН создали Глобальную Модель всей Атмосферы (Entire Atmosphere GLobal, EAGLE), которая позволяет оценивать состояния ее слоев, включая расчет электрических полей ионосферы. Разработка охватывает область от поверхности Земли до высот порядка ста тысяч километров и является передовой моделью, не имеющей на настоящий момент аналогов в России и Европе. С помощью EAGLE ученые получили возможность исследовать реакцию атмосферы и ионосферы на различные естественные и антропогенные воздействия.
«EAGLE предназначена для исследования процессов в сложной системе «атмосфера — ионосфера». Эта модель может быть использована для интерпретации данных наблюдений в периоды различных явлений космической погоды, а также изменений озонового слоя и климата. Исследовав с ее помощью внезапное стратосферное потепление 2009 года, мы пришли к выводу, что в прогнозировании поведения ионосферы как в спокойных условиях, так и в период сильных стратосферных потеплений, атмосферно-ионосферное взаимодействие играет важную роль», –– рассказал руководитель гранта Евгений Розанов, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Калининградского филиала Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н. В. Пушкова РАН.
Внезапные стратосферные потепления –– крупные метеорологические явления, характеризующиеся разогревом зимней полярной стратосферы и появлением существенных аномалий, происходящих по всей атмосфере. Возмущения в полярной зимней стратосфере вызывают замедление или даже переворот полярного вихря (циркуляцию арктического воздуха в области пониженного давления вблизи полюсов), что приводит к значительному повышению полярных температур. Внезапные стратосферные потепления бывают примерно раз в два года, но событие января 2009 года стало одним из самых сильных. Кроме того, оно происходило на фоне низкого и не меняющегося со временем уровня солнечной и геомагнитной активности. Это дало возможность в наблюдениях выделить эффекты стратосферного потепления без влияния других явлений. Исследовав это уникальное событие, ученые показали связь изменений температуры верхней атмосферы в тропических широтах и аномального поведения полного электронного содержания ионосферы в области экватора. В этом же исследовании они впервые выявили и интерпретировали аномальное повышение электронного содержания ионосферы в вечернее время на экваториальных широтах во время стратосферного потепления.
Использование модели EAGLE дает возможность изучать и другие важные явления –– влияние на ионосферу электрических полей, возникающих в атмосфере, воздействие геомагнитных возмущений на озоновый слой. В перспективе ее можно применять для краткосрочных прогнозов состояния ионосферы, чтобы избегать несчастных случаев и катастроф, наиболее эффективно планировать космические исследования, отслеживать влияние солнечной активности на изменения климата и соотносить их с глобальными изменениями, происходящими на нашей планете.
