Влияние солнечной активности на прозрачность атмосферы и оптические свойства аэрозоля тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МИРОНОВА ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА ПРОЗРАЧНОСТЬ АТМОСФЕРЫ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЭРОЗОЛЯ

Специальность 01.03.03 - физика Солнца

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург — 2005

Работа выполнена в Научно-исследовательском ииституте физики Санкт-Петербургского государственного университета и в Институте Математики университета г. Потсдама.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук,

профессор Михаил Иванович Пудовкин

Официальные оппоненты:

доктор паук Кристина Бёкман

доктор физико-математических наук, профессор Распопов Олег Михайлович

кандидат физико-математических паук, старший научный сотрудник, Габис Ирина Петровна

Ведущая организация:

Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова, г. Санкт-Петербург

Защита состоится 14 декабря 2005 года в 12 00 часов па заседании диссертационного совета Д 212.232.35 по защитам диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических паук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская набережная, д. 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ. Автореферат разослан " '' 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н.,

А. Л. Котиков

18973

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящая работа посвящена исследованию воздействия длиннопериод-ных и кратковременных вариаций космических лучей солнечного и галактического происхождения на прозрачность атмосферы и оптические свойства аэрозоля, численному моделированию оптических свойств аэрозоля на основе данных лидарных измерений.

Актуальность темы.

В настоящее время наблюдается значительное повышение интереса к проблеме воздействия солнечной активности на состояние нижней атмосферы. Несмотря на большое число исследований, посвященных влиянию солнечной активности на состояние нижней атмосферы, данная проблема все еще далека от своего решения.

Одна из проблем солнечно-атмосферных исследований состоит в отсутствии ясных физических механизмов, способных объяснить полученные статистические результаты. Известно, что параметры хромосферы и короны Солнца весьма изменчивы и существенно зависят от уровня солнечной активности. Интенсивность коротковолнового излучения Солнца также существенно изменяется ото дня ко дню в зависимости от уровня солнечной активности. Тем не менее интегральная интенсивность солнечного излучения, так называемая солнечная постоянная, не испытывает вариаций более 0.1%. Существуют также публикации [ВаНипав А., 1990; '^Изоп И..С., 1981, 1991], свидетельствующие о том, что интенсивность солнечной радиации в видимом диапазоне спектра также может зависеть от уровня солнечной активности, точнее, от количества и распределения на поверхности Солнца активных образований, таких как солнечные пятна, факелы и флоккулы. Предполагается, что причиной изменения метеорологических параметров является изменение потока солнечной радиации в видимом или ультрафиолетовом диапазонах, изменение электрических полей атмосферы, прозрачности атмосферы, количества облаков и т.д. Основной вопрос о том, как происходит передача возмущения от Солнца в нижние слои атмосферы и что является источником энергии солнечно-атмосферных эффектов, остается и по сей день открытым. Ясно, что физические процессы, обеспечивающие связь между активными явлениями на Солнце и нижней атмосферой, должны быть достаточно сложными. При этом характер протекания указанных процессов в значительной степени зависит от состояния самой атмосферы, подверженной влиянию других,

более мощных факторов. В таких условиях разработка адекватного физического механизма и его экспериментальная проверка представляет довольно трудную задачу.

Проблема влияния солнечной активности на состояние нижней атмосферы имеет не только теоретическое, но и важное практическое значение как для краткосрочного, так и для долгосрочного прогнозирования погоды и климата.

Цель настоящей работы.

Исследовать воздействие длинно- и короткопериодных вариаций солнечной активности на приход солнечной радиации в нижнюю атмосферу и оптические характеристики атмосферного аэрозоля (профили коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния, полученные путем лидарных измерений).

Провести численный расчет профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления, а также расчет микрофизических параметров аэрозоля на основе данных лидарных измерений.

Защищаемые положения.

1. Поступление солнечной радиации в нижнюю атмосферу зависит от интенсивности потока галактических космических лучей и индексов солнечной активности. Вид зависимости различен для континентальных и морских станций наблюдения.

2. Численный расчет профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления по данным лидарных измерений.

3. Долговременные вариации коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния связаны как с вулканической деятельностью, так и с геомагнитной и солнечной активностью.

4. Вторжение высокоэнергичных протонов с энергиями более 100 МэВ приводит к утолщению аэрозольного слоя на высоте около 10 км и увеличению коэффициентов обратного рассеяния на порядок по сравнению со спокойным днем.

5. Усиление потока солнечных протонов с энергиями больше 100 МэВ ведет к увеличению аэрозольного индекса. При резком уменьшении интенсивности галактических космических лучей обнаружен обратный эффект.

Научная новизна.

1. Исследована степень влияния длиннопериодных вариаций солнечной активности и потока галактических космических лучей на поступление солнечной радиации в нижнюю атмосферу. Полученные результаты объяснили противоречия в результатах ранее опубликованных работ по данной теме. Установлено, что интенсивность поступающего солнечного излучения в нижние слои атмосферы, на континентальных среднеширот-ных станциях (р < 45°) возрастает с возрастанием интенсивности потока ГКЛ. Для морских станций (Портленд) знак корреляции между солнечной радиацией и интенсивностью потока ГКЛ изменяется на противоположный.

2. Исследованы длиннопериодные вариации коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния в зависимости от вулканической, солнечной и геомагнитной активности. Установлено, что на исследуемом промежутке времени основным источником вариаций коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния является вулканическая деятельность. Однако высокая вспьппечная и геомагнитная активность также приводит к увеличению коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

3. Впервые показано, что в атмосфере на высоте около 10 км после вторжения высокоэнергичных протонов с энергиями более 100 МэВ наблюдается заметное увеличение толщины тонкого аэрозольного слоя. Коэффициенты обратного рассеяния увеличиваются на порядок по сравнению со спокойным днем. Через несколько дней коэффициенты обратного рассеяния уменьшаются, возвращаясь к исходным значениям. Если в атмосфере до солнечного протонного события не наблюдался аэрозольный слой, то эффект высокоэнергичных протонов замечен не был.

4. Впервые установлено, что резкое увеличение интенсивности солнечных космических лучей ведет к увеличению аэрозольного индекса. При резком уменьшении интенсивности галактических космических лучей обнаружен обратный эффект.

5. Разработан новый алгоритм получения коэффициентов аэрозольного ослабления и обратного аэрозольного рассеяния с использованием ра-мановских лидарных сигналов. В диссертации представлены результаты получения профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления с использованием модельных сигналов, в которых учтены

реальные атмосферные условия. Численные оценки полученных профилей позволяют оценить точность разработанного алгоритма. Численная ошибка при определении коэффициентов ослабления и обратного рассеяния не превышает 10%.

Апробирован IMP (Institute of Mathematics in Potsdam University) метод [Böckmann С., 2001] получения микрофизических параметров аэрозоля (таких, как эффективный радиус частицы, концентрация частиц, комплексный индекс преломления и альбедо однократного рассеяния) с использованием информации о коэффициентах обратного рассеяния и ослабления. В приложении к диссертации приведены численные результаты тестов IMP метода и результаты расчетов микрофизических параметров аэрозоля с использованием данных лидарных измерений.

Практическая ценность.

Результаты проведенных исследований важны для понимания физических процессов, обеспечивающих связь между активными явлениями на Солнце и параметрами нижней атмосферы, такими как аэрозоли, приход солнечной радиации в нижние слои атмосферы. Разработанные программы могут быть использованы для обработки данных, полученных во время лидарных измерений. Результаты могут служить экспериментальной базой для моделирования воздействия солнечной активности на состояние нижней атмосферы. Обнаруженные закономерности могут быть учтены для дальнейших исследований в данной области.

Личный вклад автора.

Автор принимал участие в постановке задачи, отборе и обработке экспериментального материала, разработке и реализации численного алгоритма, анализе результатов. Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами.

Апробация работы.

Результаты исследований, представленные в работе, докладывались и обсуждались на научных семинарах НИИФ СПбГУ, Университета г. Потсдама, на рабочих семинарах EARLINET проекта и на 19 международных конференциях, основными из которых являются:

1. I. Mironova, C.Ritter, C.Bockmann, Changes of aerosol backscatter and solar activity, European Geosciences Union General Assembly 2005 (EGU 2005), Vienna, Austria, April 2005;

2. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin and C.Bockmann, Variations of aerosol optical properties and solar proton events, International Laser Radar Conference (ILRC 22), Matera, Italy, July 2004;

3. I. Mironova, C.Bockmann, Retrieval of aerosol extinction profile from Raman lidar, NOSA Aerosol Symposium, Oslo, Kjeller, Norway, November 2002;

4. I. Mironova, C.Bockmann, Microphysical Parameters from S- Wavelength Raman Lidar, The twenty-first International Laser Radar Conference (ILRC 21), Quebec, Canada, July 2002;

5. I.A.Mironova and M.I.Pudovkin, The solar activity is controlling factor of the trace gases and the solar radiation in the low atmosphere, The 3-d International Conference "Problems of Geocosmos", St.Petersburg, Petrodvorets, Russia, May 2000;

Публикации.

По теме диссертации опубликовано четыре статьи в рецензируемых научных журналах и девять статей в сборниках трудов научных конференций.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, 3 приложений и списка литературы из 184 наименований, содержит 160 страниц машинописного текста, включая 46 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и перспективность темы исследования, сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна, практическая ценность работы, кратко изложено содержание работы.

В первой главе представлен обзор литературы по проблеме воздействия солнечной активности на состояние нижней атмосферы.

В п. 1.1 кратко изложена история изучения проявлений солнечной активности в вариациях климатических и погодных условий на Земле.

В п. 1.2 и п. 1.3 представлен обзор длинно- и короткопериодных вариаций состояния нижней атмосферы, связанных с изменением уровня солнечной активности и интенсивности потоков галактических космических лучей.

В п. 1.4 представлена схема воздействия солнечных факторов на процессы в атмосфере Земли. Приводится обзор предлагавшихся ранее механизмов воздействия проявлений солнечной активности на погоду и климат. В п. 1.4.1 рассмотрены вариации солнечного излучения в зависимости от изменения солнечной активности; в п. 1.4.2 - механизм, связанный с изменением параметров глобальной электрической цепи; в п. 1.4.3 - динамический механизм, объясняющий распространение атмосферного возмущения, вызванного вариациями солнечной активности; п. 1.4.4 - изменение прозрачности атмосферы и облачности под воздействием солнечной активности: конденсационный и озонный механизмы.

В заключении показана важность экспериментальных исследований и отмечены существующие проблемы в данной научной области.

Вторая глава посвящена исследованию степени влияния длиннопериод-ных вариаций солнечной активности и интенсивности потока галактических космических лучей (ГКЛ) на поступление солнечной радиации в нижние слои атмосферы. 1

П. 2.1 - введение: анализ работ по данной проблеме. Представлены результаты работ о воздействии галактических космических лучей на поступление суммарной солнечной радиации в нижние слои атмосферы [Veretenenko S.V., 1995] и облачности [Svensmark Н., 1997]. Результаты данных работ, на первый взгляд, находятся в противоречии. В одном случае на средних широтах увеличение потока ГКЛ приводит к увеличению поступления солнечной радиации, в другом случае - к увеличению облачности.

В п. 2.2 приводится описание экспериментального материала и анализ дан-

ных. Исследуются ежегодные значения интенсивности солнечной радиации у поверхности Земли, выраженные в процентах от возможного суммарного поступления солнечной радиации. Данные получены со станций Соединенных Штатов Америки с 1891 по 1987 г. Наличие данных за большой промежуток времени позволяет исследовать вариации прихода солнечной радиации в ходе циклов солнечной активности.

П. 2.3 - выводы по данной главе. Здесь приводится замечание о том, что полученные результаты объясняют противоречия в результатах работ [Vcrc-tenenko S.V., 1995; Svensmark H., 1997], возникшие из-за разницы условий наблюдений. А именно, условия наблюдений на станции Портленд, расположенной на побережье (водная поверхность), и станций в высоких широтах (снеж-ноледяная поверхность) [Veretenenko S.V., 1995] принципиально отличаются от условий наблюдений на континентальных станциях. Это различие связано с различием свойств атмосферы над водной (снежноледяной) и континентальной поверхностью. Результаты работ [Veretenenko S.V., 1995; Svensmark Н., 1997] отражают вариации прихода солнечной радиации в зависимости от интенсивности ГКЛ, соответственно, над океаном и континентами. Следовательно, атмосфера различным образом реагирует на воздействие ГКЛ над водной и континентальной поверхность. Данное утверждение подтверждено результатами, полученными после анализа данных о приходе солнечной радиации на станции США. Установлено, что интенсивность поступающего солнечного излучения в нижние слои атмосферы, на континентальных сред-неширотных станциях (ip < 45е) возрастает с возрастанием интенсивности потока ГКЛ. Для морских станций (Портленд) увеличение интенсивности потока ГКЛ приводит к уменьшению прихода солнечной радиации.

В данном исследовании приход солнечного излучения в нижней атмосфере скорее всего зависит от состояния облачности нижнего яруса, так как облачность уменьшает поток суммарной радиации, а при сплошной облачности прямая радиация вообще отсутствует. Приход солнечной радиации также зависит и от прозрачности атмосферы. Необходимо отметить, что атмосферный аэрозоль отвечает за прозрачность атмосферы в видимом диапазоне электромагнитного спектра. Так как наиболее точную информацию об оптических свойствах аэрозоля получают из лидарных измерений, то в следующей (третьей) главе диссертации объясняется принцип лидарных измерений и приводится расчет профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления.

В третьей главе представлены расчеты профилей коэффициентов обрат-

ного аэрозольного рассеяния и ослабления по данным лидарных измерений.

Во введении, п. 3.1, объяснен общий принцип лидарных измерений.

П. 3.2 посвящен получению коэффициентов обратного рассеяния и ослабления. В п. 3.2.1 описано лидарное уравнение, представлен метод расчетов коэффициентов ослабления и обратного рассеяния для рамановского лида-ра. В п. 3.2.2 описывается новый алгоритм для получения профилей коэффициентов ослабления и обратного рассеяния в случае использования рамановского лидара, также описаны тесты и приведены результаты расчетов. П. 3.2.3 - выводы по данной главе. Здесь делается замечание, что независимое использование рамановского лидара и обычного лидара позволяет получить информацию о профиле коэффициентов аэрозольного ослабления и обратного аэрозольного рассеяния. Численная ошибка при определении коэффициентов ослабления и обратного рассеяния не превышает 10%.

Четвертая глава посвящена исследованию степени влияния длиннопери-одных вариаций солнечной активности на оптические свойства атмосферного аэрозоля.

В данной главе представлен анализ степени влияния солнечной и геомагнитной активности, а также вулканических выбросов на интегральную величину коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

Во введении - п. 4.1.1 делается замечание, что одним из основных источников аэрозольных частиц могут являться извержения вулканов, а основной компонентой данных аэрозолей будут водные растворы серной кислоты. Это довольно эффективные ядра конденсации, так как серная кислота гигроскопична и очень хорошо растворяется в воде, а упругость насыщения водяного пара над раствором всегда меньше, чем упругость насыщения над чистой водой. Поскольку основным источником ионизации нижней атмосферы являются космические лучи, то их вариации могут играть существенную роль в вариациях размеров частиц, а значит и в вариациях оптических свойств аэрозоля.

П. 4.1.2 - описание экспериментального материала и анализ данных. В данной части диссертации использованы данные измерений обратного аэрозольного рассеяния, которые проводились с помощью лидара, установленного в Гармиш-Партенкирхен (48.3 с.ш., 11.0 в.д.). Суточные и годовые вариации обратного аэрозольного рассеяния за 24 года, с 1976 по 1999 год, для длины волны 694.3 нм исследуются в зависимости от вулканической, солнечной и геомагнитной активности.

В п. 4.1.3 приводятся выводы поданной главе. Подводя итог анализу длин-

нопериодных вариаций обратного аэрозольного рассеяния, отмечается, что на исследуемом промежутке времени основным источником вариаций обратного аэрозольного рассеяния является вулканическая деятельность. В свою очередь высокая вспышечная и геомагнитная активность приводит к увеличению коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

В конце данного исследования приведено обсуждение полученных результатов, на основе которых сделан вывод о необходимости изучения воздействия солнечной активности на коротких промежутках времени.

Пятая глава посвящена исследованию степени влияния короткопериод-ных вариаций солнечной активности на оптические свойства атмосферного аэрозоля.

В п. 5.1 исследуется влияние солнечных протонных событий (СПС) на профили коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния. П. 5.1.1 -введение; п. 5.1.2 - описание экспериментального материала и анализ данных. Приводится критерий отбора данных, используемых для анализа. В данной части диссертации также анализируются коэффициенты обратного аэрозольного рассеяния, полученные со станции Гармиш-Партенкирхен и дополнительно данные о профилях коэффициенов обратного аэрозольного рассеяния, полученные со станции Нью Алесунд, Шпицберген (78.9 с.га., 11.9 в.д.). Высотные профили коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния анализируются до, во время и после СПС. Приводятся численные оценки размеров частиц из информации о коэффициентах обратного аэрозольного рассеяния на основе метода [Böckmann С., 2001]. В п. 5.1.3 приведены выводы по данной части работы. Здесь делается предположение о возможном механизме влияния всплесков солнечных космических лучей на оптические свойства аэрозоля.

Для подтверждения результатов о влиянии короткопериодных вариаций солнечных космических лучей на оптические свойства атмосферного аэрозоля исследуется обратный эффект, эффект Форбуш-понижения интенсивности галактических космических лучей.

В п. 5.2 проводится анализ воздействия всплесков солнечных космических лучей, связанных с солнечными протонными событиями, и Форбуга-понижений интенсивности галактических космических лучей на короткопе-риодные вариации аэрозольного индекса, который характеризует количество аэрозоля в атмосфере. П. 5.2.1 -введение; п. 5.2.2 - описание экспериментального материала и анализ данных. Для анализа были отобраны данные по аэрозольному индексу TOMS с 1997 по 2004г. Данные получены со спектрометра TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer - спектрометр общего

озонного картирования), расположенного на спутнике центра HACA (NASA). Вариации аэрозольного индекса исследуются в зависимости от всплесков солнечных космических лучей, связанных с солнечными протонными вспышками, а также в зависимости от Форбуш-понижений интенсивности галактических космических лучей В п. 5.2.3 приводятся выводы по данной главе. Основной результат, проделанной работы, полученный методом наложения эпох состоит в том, что резкое увеличение интенсивности солнечных космических лучей ведет к увеличению аэрозольного индекса. При резком уменьшении интенсивности галактических космических лучей обнаружен обратный эффект.

В Заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы.

В Приложении 1 рассматриваются вариации индексов солнечной и геомагнитной активности.

Даются определения циклов солнечной активности и приводятся общие характеристики циклов галактических космических лучей.

В данном приложении также описываются основные индексы, характеризующие вариации геомагнитной активности.

Рассматриваются общие характеристики короткопериодных вариаций солнечной активности (солнечные протонные события и связанные с ними всплески солнечных космических лучей) и короткопериодные вариаций потоков галактических лучей (Форбуш-понижения интенсивности галактических космических лучей).

Приложение 2 посвящено получению микрофизических параметров аэрозоля (размер и объемная концентрация частиц, альбедо однократного рассеяния и комплексный индекс преломления частицы) из информации о коэффициентах обратного аэрозольного рассеяния и аэрозольного ослабления.

Во введении описывается стандартный набор длин волн для лидарных систем, а также приводятся возможные вариации микрофизических параметров аэрозоля в атмосфере.

Далее приводится теория метода получения микрофизических параметров аэрозоля из лидарных измерений.

Численная апробация метода разделена на две части, сначала представлено численное моделирование микрофизических параметров аэрозоля при известном индексе преломления и отдельно - при неизвестном индексе преломления.

Также приведена иллюстрация работы метода с использованием экспериментальных данных. Представлены восстановленные микрофизические пара-

метры аэрозоля при использовании IMP метода [Bockmann С., 2001].

В конце приложения приводятся выводы по данной части работы.

В Приложении 3 приведены даты Форбуш-понижений интенсивности потока галактических космических лучей, солнечных протонных событий и резкого увеличения интенсивности космических лучей, используемые при анализе данных.

Основные результаты, полученные в работе.

1. Получена зависимость интенсивности солнечной радиации в нижних слоях атмосферы от интенсивности потока галактических космических лучей (ГКЛ) и индексов солнечной активности. Установлено, что интенсивность солнечного излучения, поступающего в нижние слои атмосферы, на континентальных среднеширотных станциях (tp < 45°) возрастает с возрастанием интенсивности потока ГКЛ. Для морских станций (Портленд) знак корреляции между солнечной радиацией и интенсивностью потока ГКЛ меняется.

2. Установлено, что на исследуемом промежутке времени основным источником вариаций обратного аэрозольного рассеяния является вулканическая деятельность. В свою очередь высокая вспытпечная и геомагнитная активность приводит к увеличению коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

3. Показано, что в атмосфере на высоте около 10 км после вторжения высокоэнергичных протонов с энергиями более 100 МэВ наблюдается заметное увеличение толщины тонкого аэрозольного слоя. Коэффициенты обратного рассеяния увеличиваются на порядок по сравнению со спокойным днем. Через несколько дней коэффициенты обратного рассеяния уменьшаются, возвращаясь к исходным значениям.

4. Методом наложения эпох показано, что резкое увеличение интенсивности солнечных космических лучей ведет к увеличению аэрозольного индекса. При резком уменьшении интенсивности галактических космических лучей обнаружен обратный эффект.

5. Разработан алгоритм получения коэффициентов аэрозольного ослабления и обратного аэрозольного рассеяния с использованием рамановских лидарных сигналов. Представлены результаты получения профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления с исполь-

зованием модельных сигналов, в которых учтены реальные атмосферные условия. Численные оценки полученных профилей позволяют оценить точность разработанного алгоритма. Численная ошибка при определении коэффициентов ослабления и обратного рассеяния не превышает 10%.

6. Проведен численный анализ IMP метода [Böckmann С., 2001], которая позволяет получать микрофизические параметры аэрозоля с использованием информации о коэффициентах обратного рассеяния и ослабления. Приведены численные результаты тестов IMP метода и результаты расчетов микрофизических параметров аэрозоля (эффективный радиус частицы, поверхностная и объемная концентрация частиц, комплексный индекс преломления и альбедо однократного рассеяния) с использованием данных лидарных измерений. Показано, что использование лидарной системы с набором длин волн 3+2 (3 коэффициента обратного рассеяния на длинах волн 355 нм, 532 нм, 1064 нм и 2 коэффициента ослабления на длинах волн 355 нм и 532 нм) позволяет получать микрофизические параметры аэрозоля. IMP метод также позволяет получать микрофизические параметры аэрозоля с использованием зашумленных данных.

Благодарности.

Автор выражает признательность научным руководителям М.И. Пудовкину и К. Бёкман (Christine Böckmann ), а также Д.И. Понявину и всем сотрудникам лаборатории физики магнитосферы кафедры физики Земли СПбГУ за оказанную поддержку и совместную работу. Автор благодарит сотрудников кафедрьг физики атмосферы СПбГУ, особенно Г.М. Шведа, JI.C. Ивлева и Ю.М. Тимофеева за ценные замечания, позволившие качественно улучшить содержание диссертации.

Автор благодарен Йагеру Хорсту (Jäger Horst) и Томасу Триклу (Thomas Trickl) (Fraunhofer Institut für Atmosphärische Umweltforschung, Garmisch-Partenkirchen, Germany), а также Кристофу Риттеру (Christophe Ritter) (Alfred-Wegener-Institute, Potsdam, Germany) за данные по оптическим свойствам аэрозоля и обсуждение полученных результатов.

Автор также приносит свою благодарность сотрудникам обсерваторий, чьи данные были использованы в данной диссертации.

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

1. C.Bockmann, I.Mironova, D.Muller, L.Schneidenbach, R.Ncsslcr, Microphysi-cal aerosol parameters from multivawelength lidar, J. Appl. Opt., V.22, N.3, pp. 518-528, 2005;

2. И.А. Миронова, М.И. Пудовкин, Увеличение содержания аэрозоля в нижней атмосфере после протонных вспышек на Солнце в январе и августе 2002 г. по данным лидарпых наблюдений в Европе, Геомагнетизм и Аэрономия, Т.45, N.2, с.221-226, 2005;

I.A.Mironova, M.I.Pudovkin, Increase in the Aerosol Content of the Lower Atmosphere after the Solar Proton Flares in January and August 2002 according to Data of Lidar Observations in Europe, Translated from J. Geomagnetism and Aeronomy, V.45, N.2, pp.234-240, 2005;

3. I.A.Mironova and M.I.Pudovkin, Changes of aerosol backscatter and cyclic variation of solar activity Proc. The 5-th International Conference "Problems of Geocosmos", pp.363-366, 2004;

4. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin, Temporal variations of atmospheric aerosol and solar activity, Proc. Scientific Seminar "Ecology and Cosmos", Remote sensing of environment, pp.75-77, 2004;

5. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin and C.Bockmann, Variations of aerosol optical properties and solar proton events, Reviewed and revised paper presented at the twenty-second International Laser radar Conference (ILRC22),V.2, pp.617-619, 2004;

6. C.Bockmann, D.Muller, A.Chaikovsky, I.Mironova, L.Schneidenbach, A.Kirsche, A.Mekler, EARLINET- Microphysical parameters from optical lidar data, Report No. 348 EARLINET: A Europian Aerosol Research Lidar Network to Establish an Aerosol Climatology, Hamburg, Max Planck Institute for Meteorology, pp.163-179, 2003;

7. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin, Temporal variations of atmospheric aerosol and solar activity, Proc. International conference of Climatic and ecological aspects of solar activity, pp.317-320, 2003;

8. I.Mironova, C.Bockmann, Retrieval of aerosol extinction profile from Raman lidar, Proc. NOSA Aerosol Symposium 2002, pp.45-46, 2002;

9. I.Mironova, C.Bokmann and R.Nessler, Microphysical Parameters from 3-Wavelength Raman Lidar, Reviewed and revised paper presented at the twenty-first International Laser Radar Conference (ILRC21), Lidar Remote Sensing in Athmospheric and Earth Sciences, V.2, pp.585-588, 2002;

10. I.Mironova, C.Bockmann, Calculation of aerosol extinction profile from Raman Lidar, Proc. 4th International Conference "Problems of Geocosmos", pp.242-245, 2002;

И. И.А. Миронова, Влияние солнечной активности на концентрацию углекислого газа в нижней атмосфере, Геомагнетизм и Аэрономия, Т.42, N.1, с. 128-131, 2002;

I.A.Mironova, The effect of solar activity on carbon dioxide concentration in the low atmosphere, Translated from J.Geomagnetism and Aeronomy, V.42, N.l, pp. 135-138, 2002;

12. I.A.Mironova and M.I.Pudovkin, Solar activity as a controlling factor of the sunshine intensity at low latitudes, I.J.Geomagnetism and Aeronomy, V.3, N.l, pp.87-90, 2002;

13. I.Mironova, L.Schneidenbach, C.Bockmann and R.Nessler, Simulation retrieval results of Microphysical properties from Mvltiwavelength Lidar by inversion with regularization, Proc. NOSA Aerosol Symposium 2001, pp.65-66, 2001.

Отпечатано копировально-множительным участком отдела обслуживания учебного процесса физического факультета СПбГУ. Приказ № 571/1 от 14.05.03. Подписано в печать 09.11.05 с оригинал-макета заказчика. Ф-т 30x42/4, Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз., Заказ № 268/с 198504, СПб, Ст. Петергоф, ул. Ульяновская, д. 3, тел. 428-43-00.

А

!

f

i

\

*21 887

РНБ Русский фонд

2006-4 18973

Введение

1 Изменение состояния нижней атмосферы Земли под воздействием различных проявлений солнечной активности

1.1 История проблемы.

1.2 Длиннопериодные вариации климатических условий Земли и солнечная активность.

1.3 Короткопериодные вариации состояния нижней атмосферы и солнечная активность.

1.4 Возможные механизмы воздействия солнечной активности на параметры нижней атмосферы.

1.4.1 Вариации интенсивности солнечного излучения

1.4.2 Изменение параметров глобальной электрической цепи

1.4.3 Динамический механизм.

1.4.4 Изменение прозрачности атмосферы и облачности

1.5 Выводы.

2 Длиннопериодные вариации солнечной активности и приход солнечной радиации в нижнюю атмосферу

2.1 Введение.

2.2 Анализ экспериментальных данных.

2.3 Выводы.

3 Лидарные измерения, получение профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления для рама-новского лидара.

3.1 Введение.

3.2 Получение коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления.

3.2.1 Метод.

3.2.2 Результаты расчетов.

3.2.3 Выводы.

4 Длиннопериодные изменения солнечной активности и оптические свойства аэрозоля

4.1 Влияние солнечной активности и вулканических выбросов на вариации коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

4.1.1 Введение.

4.1.2 Анализ экспериментальных данных.

4.1.3 Выводы.

5 Короткопериодные изменения солнечной активности и оптические свойства аэрозоля

5.1 Воздействие солнечных протонных событий на профили коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

5.1.1 Введение.

5.1.2 Анализ экспериментальных данных.

5.1.3 Выводы.

5.2 Влияние солнечных протонных событий и Форбуш-понижений интенсивности галактических космических лучей на аэрозольный индекс.

5.2.1 Введение.

5.2.2 Анализ экспериментальных данных.

5.2.3 Выводы.

Настоящая работа посвящена исследованию воздействия длиннопериод-ных и кратковременных вариаций космических лучей солнечного и галактического происхождения на прозрачность атмосферы и оптические свойства аэрозоля, численному моделированию оптических свойств аэрозоля на основе данных лидарных измерений.

Актуальность проблемы.

В настоящее время наблюдается значительное повышение интереса к проблеме воздействия солнечной активности на состояние нижней атмосферы. Несмотря на большое число исследований, посвященных влиянию солнечной активности на состояние нижней атмосферы, данная проблема все еще далека от своего решения.

Одна из проблем солнечно-атмосферных исследований состоит в отсутствии ясных физических механизмов, способных объяснить полученные статистические результаты. Известно, что параметры хромосферы и короны Солнца весьма изменчивы и существенно зависят от уровня солнечной активности. Интенсивность коротковолнового излучения Солнца также существенно изменяется ото дня ко дню в зависимости от уровня солнечной активности. Тем не менее интегральная интенсивность солнечного излучения, так называемая солнечная постоянная, не испытывает вариаций более 0.1%. Существуют также публикации [54, 179, 180], свидетельствующие о том, что интенсивность солнечной радиации в видимом диапазоне спектра также может зависеть от уровня солнечной активности, точнее, от количества и распределения на поверхности Солнца активных образований, таких как солнечные пятна, факелы и флоккулы. Предполагается, что причиной изменения метеорологических параметров является изменение потока солнечной радиации в видимом или ультрафиолетовом диапазонах, изменение электрических полей атмосферы, прозрачности атмосферы, количества облаков и т.д. Основной вопрос о том, как происходит передача возмущения от Солнца в нижние слои атмосферы и что является источником энергии солнечно-атмосферных эффектов, остается и по сей день открытым. Ясно, что физические процессы, обеспечивающие связь между активными явлениями на Солнце и нижней атмосферой, должны быть достаточно сложными. При этом характер протекания указанных процессов в значительной степени зависит от состояния самой атмосферы, подверженной влиянию других, более мощных факторов. В таких условиях разработка адекватного физического механизма и его экспериментальная проверка представляет довольно трудную задачу.

Проблема влияния солнечной активности на состояние нижней атмосферы имеет не только теоретическое, но и важное практическое значение как для краткосрочного, так и для долгосрочного прогнозирования погоды и климата.

Цель настоящей работы.

Исследовать воздействие длинно- и короткопериодных вариаций солнечной активности на приход солнечной радиации в нижнюю атмосферу и оптические характеристики атмосферного аэрозоля (профили коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния, полученные путем лидарных измерений).

Провести численный расчет профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления, а также расчет микрофизических параметров аэрозоля на основе данных лидарных измерений.

Научная новизна.

1. Исследована степень влияния длиннопериодных вариаций солнечной активности и потока галактических космических лучей на поступление солнечной радиации в нижнюю атмосферу. Полученные результаты объяснили противоречия в результатах ранее опубликованных работ по данной теме. Установлено, что интенсивность поступающего солнечного излучения в нижние слои атмосферы, на континентальных среднеширот-ных станциях (ср < 45°) возрастает с возрастанием интенсивности потока ГКЛ. Для морских станций (Портленд) знак корреляции между солнечной радиацией и интенсивностью потока ГКЛ изменяется на противоположный.

2. Исследованы длиннопер йодные вариации коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния в зависимости от вулканической, солнечной и геомагнитной активности. Установлено, что на исследуемом промежутке времени основным источником вариаций коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния является вулканическая деятельность. В свою очередь повышенная вспышечная и геомагнитная активность приводит к увеличению коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

3. Впервые показано, что в атмосфере на высоте около 10 км после вторжения высокоэнергичных протонов с энергиями более 100 МэВ наблюдается заметное увеличение толщины тонкого аэрозольного слоя. Коэффициенты обратного рассеяния увеличиваются на порядок по сравнению со спокойным днем. Через несколько дней коэффициенты обратного рассеяния уменьшаются, возвращаясь к исходным значениям. Если в атмосфере до солнечного протонного события не наблюдался аэрозольный слой, то эффект высокоэнергичных протонов замечен не был.

4. Впервые установлено, что резкое увеличение интенсивности солнечных космических лучей ведет к увеличению аэрозольного индекса. При резком уменьшении интенсивности галактических космических лучей обнаружен обратный эффект.

5. Разработан новый алгоритм получения коэффициентов аэрозольного ослабления и обратного аэрозольного рассеяния с использованием ра-мановских лидарных сигналов. В диссертации представлены результаты получения профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления с использованием модельных сигналов, в которых учтены реальные атмосферные условия. Численные оценки полученных профилей позволяют оценить точность разработанного алгоритма. Численная ошибка при определении коэффициентов ослабления и обратного рассеяния не превышает 10%.

Апробирован IMP (Institute of Mathematics in Potsdam University) метод [56] получения микрофизических параметров аэрозоля (таких, как эффективный радиус частицы, поверхностная и объемная концентрация частиц, комплексный индекс преломления и альбедо однократного рассеяния) с использованием информации о коэффициентах обратного рассеяния и ослабления. В приложении к диссертации приведены численные результаты тестов IMP метода и результаты расчетов микрофизических параметров аэрозоля с использованием данных лидарных измерений.

Научная и практическая ценность.

Результаты проведенных исследований важны для понимания физических процессов, обеспечивающих связь между активными явлениями на Солнце и параметрами нижней атмосферы, такими как аэрозоли, приход солнечной радиации в нижние слои атмосферы. Разработанные численные программы могут быть использованы для обработки данных, полученных во время ли-дарных измерений. Результаты могут служить экспериментальной базой для моделирования эффектов солнечной активности на состояние нижней атмосферы. Обнаруженные закономерности могут быть учтены для дальнейших исследований в данной области.

Защищаемые положения.

1. Поступление солнечной радиации в нижнюю атмосферу зависит от интенсивности потока галактических космических лучей и индексов солнечной активности. Вид зависимости различен для континентальных и морских станций наблюдения.

2. Численный расчет профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления по данным лидарных измерений.

3. Долговременные вариации коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния связаны как с вулканической деятельностью, так и с геомагнитной и солнечной активностью.

4. Вторжение высокоэнергичных протонов с энергиями более 100 МэВ приводит к утолщению аэрозольного слоя на высоте около 10 км и увеличению коэффициентов обратного рассеяния на порядок по сравнению со спокойным днем.

5. Усиление потока солнечных протонов с энергиями больше 100 МэВ ведет к увеличению аэрозольного индекса. При резком уменьшении интенсивности галактических космических лучей обнаружен обратный эффект.

Личный вклад автора.

Автор принимал участие в постановке задачи, отборе и обработке экспериментального материала, разработке и реализации численного алгоритма, анализе результатов. Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами.

Апробация работы.

Результаты исследований, представленные в работе, докладывались и обсуждались на научных семинарах НИИФ СПбГУ, Университета г. Потсдама, на рабочих семинарах EARLINET проекта и на 19 международных конференциях:

1. I. Mironova, Influence of solar and geomagnetic activity on the optical properties of atmospheric aerosol, The 5-th International geologic-geophysical conference of young specialist "Geophysics-2005", St.Petersburg, Petrodvorets, Russia, September 2005;

2. I. Mironova, Daily variations of the TOMS Aerosol Index during solar proton events and Forbush decreases of intensity of galactic cosmic rays, The 9th International conference "Solar activity as factor of cosmic weather", St.Petersburg, Pulkovo, Russia, July 2005;

3. I. Mironova, C.Ritter, C.Bockmann, Changes of aerosol backscatter and solar activity, European Geosciences Union General Assembly 2005 (EGU 2005), Vienna, Austria, April 2005;

4. I. Mironova, Atmospheric aerosol and solar activity, European Aerosol Conference (EAC 2004), Budapest, Hungary, September 2004;

5. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin and C.Bockmann, Variations of aerosol optical properties and solar proton events, International Laser Radar Conference (ILRC 22), Matera, Italy, July 2004;

6. I.A.Mironova and M.I.Pudovkin, C.Bockmann, Changes of aerosol backscatter during solar proton events The 5-th International Conference "Problems of Geocosmos", St.Petersburg, Petrodvorets, Russia, May 2004;

7. I. Mironova, C.Bockmann, 1. Retrieval of backscatter and extinction profiles from Raman lidar, 2. Temporal variations of the multispectral aerosol optical depths and solar activity, IV Conference "Natural and Anthropogenic aerosol", St.Petersburg, Petrodvorets, Russia, October 2003;

8. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin,Phenomenological model influence of the longtime variation of solar activity and galactic cosmic rays on state of the low atmosphere, International conference "Climatic and ecological aspects of solar activity", St.Peterburg, Russia, Pulkovo, July 2003;

9. I. Mironova, C.Bockmann, Retrieval of aerosol extinction profile from Raman lidar, NOSA Aerosol Symposium, Oslo, Kjeller, Norway, November 2002;

10. I. Mironova, C.Bockmann, Microphysical Parameters from 3-Wavelength Raman Lidar, The twenty-first International Laser Radar Conference (ILRC 21), Quebec, Canada, July 2002;

11. I. Mironova, C.Bockmann, 1. Inverted microphysical aerosol parameters based on hybrid regularization technique, 2. Calculation of aerosol extinction profile from Raman lidar, The 4-th International Conference "Problems of Geo-cosmos", St.Petersburg, Petrodvorets, Russia, June 2002;

12. I.Mironova, L.Schneidenbach, C.Bockmann and R.Nessler, Simulation retrieval results of microphysical particle properties from multiwavelength lidar by inversion with regularization, NOSA Aerosol Symposium, Lund, Sweden, November 2001;

13. C.Bockmann, D.Miiller, I.Mironova, U.Wandinger, R.Nessler, Microphysical particle properties from 3-wavelength Raman lidar, European Aerosol Conference, Leipzig, Germany, September 2001;

14. I.A.Mironova and M.I.Pudovkin, The atmospheric nitrogen dioxide variations and galactic cosmic rays, The First S-RAMP Conference, Sapporo, Japan, October 2000;

15. I.A.Plenkina(Mironova)and M.I.Pudovkin, Effect of the long-term variations of solar activity and GCR on the trace gases in the middle and low atmosphere, The International conference "The Solar Cycle and Terrestrial Climate", Tenerife, Spain, September 2000;

16. I.A.Plenkina(Mironova) and M.I.Pudovkin, The results of solar activity effects on the long-term variations of solar radiation and trace gases in low atmosphere, The International conference "Space storms and space weather hazards", Crete, Greece, June 2000;

IT. I.A.Mironova and M.I.Pudovkin, The solar activity is controlling factor of the trace gases and the solar radiation in the low atmosphere, The 3-d International Conference "Problems of Geocosmos", St.Petersburg, Petrodvorets, Russia, May 2000;

18. I.A.Plenkina(Mironova) and M.I.Pudovkin, 1. Effect of the long-term variations of the solar activity in the low atmosphere, 2. The solar activity is controlling factor of the carbon dioxide's concentration, The International conference of young scientists and specialists "Geophysics-99", St.Petersburg, Petrodvorets, Russia, November 1999;

19. M.I.Pudovkin and I.A.Plenkina(Mironova), Influence of the long-period variations of solar activity on dynamics of the lower atmosphere, The 2-nd International Conference "Problems of Geocosmos", St.Petersburg, Petrodvorets, Russia, July 1998.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 13 работ:

1. C.Bockmann, I.Mironova, D.Miiller, L.Schneidenbach, R.Nessler, Microphy-sical aerosol parameters from multivawelength lidar, J. Appl. Opt., V.22, N.3, pp. 518-528, 2005;

2. И.А. Миронова, М.И. Пудовкин, Увеличение содержания аэрозоля в нижней атмосфере после протонных вспышек на Солнце в январе и августе 2002 г. по данным лидарных наблюдений в Европе, Геомагнетизм и Аэрономия, Т.45, N.2, с.221-226, 2005;

I.A.Mironova, M.I.Pudovkin, Increase in the Aerosol Content of the Lower Atmosphere after the Solar Proton Flares in January and August 2002 according to Data of Lidar Observations in Europe, Translated from J.Geomagnetism and Aeronomy, V.45, N.2, pp.234-240, 2005;

3. I.A.Mironova and M.I.Pudovkin, Changes of aerosol backscatter and cyclic variation of solar activity Proc. The 5-th International Conference "Problems of Geocosmos", pp.363-366, 2004;

4. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin, Temporal variations of atmospheric aerosol and solar activity, Proc. Scientific Seminar "Ecology and Cosmos", Remote sensing of environment, pp.75-77, 2004;

5. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin and C.Bockmann, Variations of aerosol optical properties and solar proton events, Reviewed and revised paper presented at the twenty-second International Laser radar Conference (ILRC22),V.2, pp.617-619, 2004;

6. C.Bockmann, D.Miiller, A.Chaikovsky, I.Mironova, L.Schneidenbach, A.Kir-sche, A.Mekler, EARLINET- Microphysical parameters from optical lidar data, Report No.348 EARLINET: A Europian Aerosol Research Lidar Network to Establish an Aerosol Climatology, Hamburg, Max Planck Institute for Meteorology, pp.163-179, 2003;

7. I.A.Mironova, M.I.Pudovkin, Temporal variations of atmospheric aerosol and solar activity, Proc. International conference of Climatic and ecological aspects of solar activity, pp.317-320, 2003;

8. I.Mironova, C.Bockmann, Retrieval of aerosol extinction profile from Raman lidar, Proc. NOSA Aerosol Symposium 2002, pp.45-46, 2002;

9. I.Mironova, C.Bokmann and R.Nessler, Microphysical Parameters from 3-Wavelength Raman Lidar, Reviewed and revised paper presented at the twenty-first International Laser Radar Conference (ILRC21), Lidar Remote Sensing in Athmospheric and Earth Sciences, V.2, pp.585-588, 2002;

10. I.Mironova, C.Bockmann, Calculation of aerosol extinction profile from Raman Lidar, Proc. 4th International Conference "Problems of Geocosmos", pp.242-245, 2002;

11. И.А. Миронова, Влияние солнечной активности на концентрацию углекислого газа в нижней атмосфере , Геомагнетизм и Аэрономия, Т.42, N.1, с.128-131, 2002;

I.A.Mironova, The effect of solar activity on carbon dioxide concentration in the low atmosphere, Translated from J.Geomagnetism and Aeronomy, V.42, N.l, pp.135-138, 2002;

12. I.A.Mironova and M.I.Pudovkin, Solar activity as a controlling factor of the sunshine intensity at low latitudes, I.J.Geomagnetism and Aeronomy, V.3, N.l, pp.87-90, 2002;

13. I.Mironova, L.Schneidenbach, C.Bockmann and R.Nessler, Simulation retrieval results of Microphysical properties from Multiwavelength Lidar by inversion with regularization, Proc. NOSA Aerosol Symposium 2001, pp.65-66, 2001.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, трех приложений и

Основные результаты, полученные в работе

1. Получена зависимость интенсивности солнечной радиации в нижних слоях атмосферы от интенсивности потока галактических космических лучей (ГКЛ) и индексов солнечной активности. Установлено, что интенсивность поступающего солнечного излучения в нижние слои атмосферы, на континентальных среднеширотных станциях (<£> < 45°) возрастает с возрастанием интенсивности потока ГКЛ. Для морских станций (Портленд) знак корреляции между солнечной радиацией и интенсивностью потока ГКЛ меняется.

2. Установлено, что на исследуемом промежутке времени основным источником вариаций обратного аэрозольного рассеяния является вулканическая деятельность. В свою очередь высокая вспышечная и геомагнитная активность приводит к увеличению коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

3. Показано, что в атмосфере на высоте около 10 км после вторжения высокоэнергичных протонов с энергиями более 100 МэВ наблюдается заметное увеличение толщины тонкого аэрозольного слоя. Коэффициенты обратного рассеяния увеличиваются на порядок по сравнению со спокойным днем. Через несколько дней коэффициенты обратного рассеяния уменьшаются, возвращаясь к исходным значениям.

4. Методом наложения эпох показано, что резкое увеличение интенсивности солнечных космических лучей ведет к увеличению аэрозольного индекса. При резком уменьшении интенсивности галактических космических лучей обнаружен обратный эффект.

5. Разработан алгоритм получения коэффициентов аэрозольного ослабления и обратного аэрозольного рассеяния с использованием рамановских лидарных сигналов. Представлены результаты получения профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления с использованием модельных сигналов, в которых учтены реальные атмосферные условия. Численные оценки полученных профилей позволяют оценить точность разработанного алгоритма. Численная ошибка при определении коэффициентов ослабления и обратного рассеяния не превышает 10%.

6. Проведен численный анализ IMP (Institute of Mathematics in Potsdam University) метода [56], который позволяет получать микрофизические параметры аэрозоля с использованием информации о коэффициентах обратного рассеяния и ослабления. Приведены численные результаты тестов IMP метода и результаты расчетов микрофизических параметров аэрозоля (эффективный радиус частицы, поверхностная и объемная концентрация частиц, комплексный индекс преломления и альбедо однократного рассеяния) с использованием данных лидарных измерений. Показано, что использование лидарной системы с набором длин волн 3-f2 (3 коэффициента обратного рассеяния на длинах волн 355 нм, 532 нм, 1064 нм и 2 коэффициента ослабления на длинах волн 355 нм и 532 нм), позволяет получать микрофизические параметры аэрозоля. IMP метод так же позволяет получать микрофизические параметры аэрозоля с использованием зашумленных данных.

Благодарность

Автор выражает признательность научным руководителям М.И. Пудовкину и К. Бёкман (Christine Bockmann), а также Д.И. Понявину и всем сотрудникам лаборатории физики магнитосферы кафедры физики Земли СПб-ГУ за оказанную поддержку и совместную работу. Автор благодарит сотрудников кафедры физики атмосферы СПбГУ, особенно Г.М. Шведа, JI.C. Ивле-ва и Ю.М. Тимофеева за ценные замечания, позволившие качественно улучшить содержание диссертации.

Работа над кандидатской диссертацией была поддержана:

1. Грантом для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов Санкт-Петербурга (1998 и 1999 годы);

2. NANSEN грантом (1999, 2000, 2004 годы);

3. Европейской комиссией (EARLINET проект), грант EVR1-CT1999-40003 (2000-2003 годы).

4. Министерством образования и науки Российской Федерации, грант Я2 37852 (2005 год).

Автор благодарен Йагеру Хорсту (Jager Horst) и Томасу Триклу (Thomas Trickl) (Fraunhofer Institut fur Atmospharische Umweltforschung, Garmisch-Par-tenkirchen, Germany), а также Кристофу Риттеру (Christophe Ritter) (Alfred-Wegener-Institute, Potsdam, Germany) за данные по оптическим свойствам аэрозоля и обсуждение полученных результатов.

Автор также приносит свою благодарность сотрудникам обсерваторий, чьи данные были использованы в данной диссертации.

Заключение

В данной работе проведено исследование длиннопериодных и короткопе-риодных эффектов солнечной активности в вариациях прозрачности атмосферы и оптических свойств аэрозолей.

Получено, что длиннопериодные вариации интенсивности солнечной радиации в нижних слоях атмосферы зависят от интенсивности потока галактических космических лучей (ГКЛ) и индексов солнечной активности. Вид зависимости различен для континентальных и морских станций наблюдения. Полученные результаты объясняют противоречия в результатах работ, приведенных ранее ([166, 168, 169] и [151], также см. Гл.2). Действительно, свойства атмосферы над водной поверхностью и материком различны. Из-за географического положения станцию Портленд можно охарактеризовать как океаническую станцию, а высокие широты (<р > 60°) можно отнести к водной поверхности, даже если на высоких широтах находится снежноле-дяная поверхность, а не водная. Следовательно, над водной поверхностью увеличение потока ГКЛ приводит к увеличению облачности (уменьшению прихода солнечного излучения). Типично континентальные станции в СССР [166, 168, 169] и США дали противоположную зависимость - уменьшение облачности (увеличение прихода солнечного излучения) с ростом интенсивности потока ГКЛ.

Длиннопериодные вариации коэффициентов обратного рассеяния подвержены влиянию как солнечной, так и геомагнитной активности. Установлено, что на исследуемом промежутке времени основным источником вариаций обратного аэрозольного рассеяния является вулканическая деятельность. В свою очередь высокая вспышечная и геомагнитная активность приводит к увеличению коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

Короткоперйодные вариации оптических свойств аэрозоля такие, как коэффициенты обратного аэрозольного рассеяния и аэрозольный индекс зависят от всплесков солнечных космических лучей (СКЛ), связанных со вспы-шечной активностью Солнца, а также от Форбуш-понижений интенсивности галактических космических лучей. Показано, что в атмосфере на высоте около 10 км после всплесков CKJI с энергиями более 100 МэВ наблюдается заметное увеличение толщины тонкого аэрозольного слоя. Коэффициенты обратного рассеяния увеличиваются на порядок по сравнению со спокойным днем. Через несколько дней коэффициенты обратного рассеяния уменьшаются, возвращаясь к исходным значениям.

После всплесков CKJI увеличивается и аэрозольный индекс, характеризующий количество аэрозоля в атмосфере. Обратный эффект обнаружен после Форбуш-понижений интенсивности галактических космических лучей.

Таким образом, выявленным физическим агентом, обеспечивающим передачу возмущения, создаваемого солнечной активностью, из межпланетной среды в нижнюю и среднюю атмосферу, являются космические лучи. Одними из физических параметров атмосферы, подверженными влиянию как короткопериодных, так и длиннопериодных вариаций солнечной активности, являются оптические характеристики атмосферного аэрозоля и пропускающая способность атмосферы.

Разработан алгоритм получения коэффициентов аэрозольного ослабления и обратного аэрозольного рассеяния с использованием рамановских лидарных сигналов. Представлены результаты получения профилей коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния и ослабления с использованием модельных сигналов, в которых учтены реальные атмосферные условия. Численные оценки полученных профилей позволяют оценить точность разработанного алгоритма. Численная ошибка при определении коэффициентов ослабления и обратного рассеяния не превышает 10%.

Микрофизические параметры аэрозоля (см. Приложение 2) можно получить, владея информацией о высотных профилях коэффициентов аэрозольного рассеяния и ослабления, полученных с помощью лидарной установки, излучающей электромагнитные волны на нескольких длинах волн (три длины волны для коэффициента обратного рассеяния и две - для коэффициента ослабления). Связь между оптическими характеристиками и микрофизическими параметрами атмосферного аэрозоля позволяет предположить механизм влияния солнечной активности на оптические свойства атмосферы Земли.

1. Авдюшин С.И., Данилов А.Д. Солнце, погода и климат: сегодняшний взгляд на проблему (обзор). - Геомагнетизм и аэрономия, 2000, Т.40, № 5, С. 3-14.

2. Авакян С.В., Вдовин А.И., Пустпарнаков В.Ф. Справочник, Гидроме-теоиздат: Санкт-Петербург, 1994.

3. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Ковалевский В.К., Плотников А.П., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н. Многолетняя изменчивость тропосферного аэрозоля над Западной Сибирью. — Оптика атмосферы и океана, 2000, Т.13, № 06-07, С. 627-630.

4. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Ковалевский В.К., Пирогов В.А., Симо-ненков Д.В., Скляднева Т.К. Структура многолетнего тренда аэрозоля в районе г. Томска. Оптика атмосферы и океана, 2002, Т.15, № 10, С. 913-916.

5. Белан Б.Д. Многолетние изменения концентрации озона и аэрозоля в Томске и возможные их причины. Труды.IV Конфер. Естественный и Антропогенный Аэрозоль, 2003, С. 5-6.

6. Белинский В.А., Гараджа М.П., Меженная Л.М., Незваль Е.И. Уль-трофиолетовая радиация Солнца и неба. М: МГУ, 1968, С. 228.

7. Бучинский И.Е. Меняется ли климат? -М:3нания, 1963, С.63.

8. Вепинов П., Нестеров Г., Дорман JI. Воздействие космических лучей на ионосферу и распространение радиоволн. С: Издательство Болгарской Академии Наук, 1974, С. 5-30.

9. BepemetteHKO С.В., Пудовкин М.И. Вариации прихода суммарной радиации в 11-летнем цикле солнечной активности. Геомагнетизм и аэрономия, 1998, Т.38, С. 33-42.

10. Витпинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.Н. (1976) Влияние магнитного поля Солнца на циркуляцию тропосферы. Солнечно-земные связи, погода и климат, М., Мир, С. 175.

11. Геллер М.А. Нейтральная атмосфера выше тропопаузы. Полярная верхняя атмосфера, ред. Я.И. Фельдштейн и Д.А. Данилов, М., Мир, 1983, С. 11.

12. Голуб Док., Ван Лоун Ч. Матричные вычисления. ред. В.В. Воеводина, М., Мир, 1999, С.74-75.

13. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. ред. Б.П. Демидовича, М., Гос. Издание Физ.-Мат. Литературы, 1962, С. 255-257.

14. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Оптика атмосферного аэрозоля. Современные проблемы атмосферной оптики, Т.4, С. 12-35.

15. Ивлев Л. С., Андреев С.Д. Оптические свойства атмосферных аэрозолей. Л., Ленинградский Университет, 1986.

16. Ивлев Л.С., Довголюк Ю.А. Физика атмосферных аэрозольных систем. СПб., Санкт-Петерургский Университет, 2000.

17. Индексы атмосферной циркуляции Гос. Комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды, М., 1977-1989.

18. Кондратьев К.Я. Глобальная динамика озона. Итоги науки и техники, сер. Геомагнетизм и высокие слои атмосферы, 1989, Т.19, М., ВИНИТИ, С. 212.

19. Кондратьев К.Я., Никольский Г.А. Солнечная активность и климат. 1. Данные наблюдений. Конденсационная и озонная гипотезы. Исследования Земли из Космоса, 1995, N2 5, С. 3-17.

20. Кондратьев К.Я. Аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 1. Физические свойства и химический состав. Оптика атмосферы и океана, 2002, Т.15, № 02, С. 123-146.

21. Кондратьев К.Я. Аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 2. Прямое и косвенное воздействие на климат. Оптика атмосферы и океана, 2002, Т.15, № 04, С. 301-320.

22. Кондратьев К.Я. Атмосферный аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 1. Свойства аэрозоля различных типов. Оптика атмосферы и океана, 2004, Т.17, № 01, С. 5-24.

23. Кондратьев К.Я. Атмосферный аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 2. Дистанционное зондирование глобальной пространственно-временной изменчивости аэрозоля и его воздействия на климат. Оптика атмосферы и океана, 2004, Т.17, № 01, С. 25-35.

24. Криволуцкий А.А., Кумиров А.А., Репнев А.И. Влияние космических лучей на озоносферу Земли (обзор). Геомагнетизм и Аэрономия, 1999, Т.39, №, С. 3-15.

25. Логинов В.Ф. Эффекты солнечной активности в стратосфере. М.: Гидрометеоиздат, 1980, С. 300.

26. Морозова А.Л. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Санкт-Петербург, 1999, С. 38-42.

27. Матвеев Л. Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1984.

28. Монин А. С. Прогноз погоды как задача физики. М: Наука, 1969, С. 189.

29. Монин А.С., Шишков Ю.А. Климат как проблема физики. Успехи физических наук (Обзор актуальных проблем), 2000, Т.170, N.4, С.419-445.

30. Оль А.И. 22-летний цикл солнечной активности в климате Земли. -Труды ААНИИ, Л., Гидрометеоиздат, 1969, Т.289, С. 116.

31. Паркер Е.Н. Динамические процессы в межпланетной среде. М:Мир, 1965.

32. Пудовкин М.И., Распопов О.М. Механизм воздействия солнечной активности на состояние нижней атмосферы и метеопараметры (обзор). -Геомагнетизм и аэрономия, 1992, Т.32, С. 1-22.

33. Пудовкин М.И., Егорова Л.Ю., Веретененко С. В. Вариации температуры в нижней атмосфере во время Форбуш-понижений космических лучей. Геомагнетизм и аэрономия, 1999, Т.39, С. 128-129.

34. Пудовкин М.И. Влияние солнечной активности на состояние нижней атмосферы и погоду. Соровский образовательный журнал, 1996, №10.

35. Ролдугин В.К., Вашенюк Э.В. Изменение прозрачности атмосферы под действием солнечных космических лучей. Геомагнетизм и аэрономия, 1994, Т.34, С. 155-157.

36. Рубашев Б.М. О распределении групп типов циркуляции по годам 11-летнего цикла с учетом географической локализации. Солнечные данные, 1965, №11, С. 71-75.

37. Шиятов С.Г. Дендрология и радиоуглерод. Каунас, 1972, С.76

38. Солнечная и солнечно-зелтая физика. Иллюстрированный словарь терминов, М.: Мир, 1980.

39. Таблицы значений индексов зональной циркуляции атмосферы на уровнях различных изобарических поверхностей , 1949-1975, Ленинград, Гидрометеоиздат.

40. Тверской П.Н. Курс метеорологии (физика атмосферы). Л.: Гидрометеоиздат, 1962.

41. Тимофеев Ю.М., Васильев А.В. Теоретические основы атмосферной оптики. СПб.: Наука, 2003, С. 49-56.

42. Тимофеев Ю.М., Поляков А.В. Математические аспекты решения обратных задач атмосферной оптики. СПб.: СПбГУ, 2001.

43. Уилкокс Дж.М. Влияние магнитного поля Солнца на циркуляцию атмосферы. Солнечно-земные связи, погода и климат, Под ред. Б.Мак-Кормака и Т.Селиги, М: Мир, 1982, С. 175-186.

44. Физика космоса Советская энциклопедия, 1986, М., С.783.

45. Ackerman, Thomas P., Toon О. В. Absorption of visible radiation in atmosphere containing mixtures of absorbing and nonabsorbing particles. Appl. Opt., 1981, V. 20, N.20, pp. 3661-3668.

46. Ansmann A. et al. Measurement of atmospheric aerosol extinction profile with a Raman lidar. Optic. Letters, 1990, V. 15, pp. 746-748.

47. Ansmann A., Wandinger U. et al. Independent measurement of the extinction and backscatter profiles in cirrus clouds by using a combined Raman elastic-backscatter lidar. Appl. Opt., 1992, V. 31, N.33, pp.71137131.

48. Arnold N.F., Robinson T.R. Solar cycle changes to planetary wave propagation and their influence on the middle atmosphere circulation. -Ann. Geophys., 1997, V. 16, pp.69-76.

49. Baliunas A., Jastrow R. Evidence for long-term brightness changes of solar -type stars. Nature, 1990, N 348, pp.520-522.

50. Baumgardner D., James E. Dye, Gandrud В., Barr K., Kelly К., K. Roland Chan Refractive index of aerosol in the upper troposphere and low stratosphere. Geophys.Res.Letter, 1996, V.23, N.7., pp. 749-752.

51. Bockmann C. Hybrid regularization method for the ill-posed inversion of multiwavelength lidar data in the retrieval of aerosol size distributions. -Appl. Optics, 2001, V.40, N.9, R 1329-1342.

52. Bohren G.F., Huffman D.R. Absorption and scattering of light by small particles. New York, John Wiley and Sons, 1983.

53. Bosenberg J., Mattias V., et al, EARLINET: A Europiari Aerosol Research Lidar Network to Establish an Aerosol Climatology. Report No.348, 2003, Hamburg, Max Planck Institute for Meteorology.

54. Bosenberg J. Ground-based differential absorption lidar for water vapor and temperature profiling: methodology. J. Applied Optics, 1998, V. 37, pp. 3845-3860.

55. Brenguier J.L., H. Pawlowska, L. Schuller, J. Preusker and Y. Fouquart Radiative properties of boundary-layer clouds droplet effective radius versus number concentration. - J. Atm. Sci., 2000, V.57, N 6, pp. 803-821.

56. Brown G.M., John J.I. Solar cycle influence in tropospheric circulation.- JATPh, 1979, V.41, pp. 43-52.

57. Bucha V. Mechanism for linking solar activity to weather-scale effects, climate changes and glaciations in the northern hemisphere. Climate changes on a yearly to Millenial Basis, eds. N.A. Morner and W. Karlen, D. Reidel Publ. Co., 1984 pp. 415-448.

58. Bucha V. Influence of solar activity on atmospheric circulation types. -Ann. Geophys., 1988, V.15, p. 12.

59. Bucha V. and V. Bucha Jr. Geomagnetic forcing of changes in climate and in the atmospheric circulation. J. Atm. Sol.-Terr. Phys., 1998, V.60, pp. 145-169.

60. Bucholtz A. Rayleigh-scattering calculation for the terrestrial atmosphere.- Appl.Opt., 1995, V.34, pp.2765-2773.

61. Burroughs W.J. Weather cycles: real or imaginary. Cambridge University Press, 1992, p. 207.

62. Carslaw K.S., Harrison R.G., Kirkby J. Cosmic rays, clouds, and climate.- Science, 2002, V.298, pp. 1732-1737.

63. Cohen T.J.j Stweetser E.I. The "spectra"of the solar cycle and of data for Atlantic tropical cyclones. Nature, 1975, V. 256, pp. 295-296.

64. Donarummo J., Ram M., Stolz M.R. Sun/dust correlations and volcanic interference. Geophys. Res. Letts, 2002, V.29, N 9,10.1029/2002GL014858.

65. Eddy J.A. The Maunder Minimum. Science, 1976, V.4245, pp. 11891202.

66. Edlen В. The dispersion of standard air. Journal of Optical Society of America, 1953, V.43, p.339.

67. Elterman L. UV, visible and IR attenuation for altitudes to 50 km. -Enviroment Research Papers, 1968, V.285, AFCRL-68-0153.

68. Ely L.L., Enzel Y., Baker V.R., Сауатг D.R. A 5.000 -year record of extreme floods and climate change in Southern United States. Science, 1993, V.262, pp. 41-412.

69. Friis-Christensетг E. and H. Svensmark What do we really know about the Sun-climate connection? Adv. Space Res., 1997, V.20, pp. 913-921.

70. Foukal P. and J. Lean An empirical model of solar irradiance variations between 1874 and 1988. Science, 1990, V.247, pp. 556-558.

71. Gilles L. Development of the Jungfraujoch multi-wavelength lidar system for continuous observations of the aerosol optical properties in the free troposphere. These, Lausanne, EPFL, 2002, pp. 157-158.

72. Gillespie J. В., Lindberg J.D. Ultraviolet and visible imaginary refractive index of strongly absorbing atmospheric particulate matter. J.Appl. Opt., 1992, V.31, N.12, pp. 2112-2115.

73. Godin S. et al. Ozone differential absorption lidar algorithm intercomparison. Appl. Opt., 1999, V. 38.

74. Haigh J.D. The impact of solar variability on climate. Science, 1996, V.272, pp. 981-984.

75. Haigh R. IV. Digital Filters. 3-rd ed. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.,J., 1989.

76. Hauglistaine D., Gerard J.C. Possible composition and climate changes due to past intense energetic particle precipitation. Ann. Geophys., 1990, V.8, N 2, pp. 87-96.

77. Heintzenberg J., T. Thomas, B. Wehner, A. Wiedensohler, H. Wex, A. Ansmann, I. Mattis, D. Miiller, M. Wendisch, S. Eckhardt, A. Stohl Arctic haze over Central Europa. J. Tellus В (to be published).

78. Hines C.O., Halevy I. Reality and nature of sun-weather correlation. -Nature, V.258, pp. 313-314.

79. Hinkley E.D. Laser Monitoring of Atmosphere. Springer Verlag, 1976.

80. Hoyt D. V., Schatten K.H. The role of the Sun in climate change. Oxford University Press, 1997, p. 279.

81. Hudson H.S., Silva S., Woodbard M., Wilson R.C. The effect of sunspots on solar irradiance. Solar Phys., 1982, V.76, pp. 211-219.

82. Hughes M.K., Diaz H.F. Was there a "Medieval Warm period", and if so, where and when? Climatic Change, V.26, N 2-3, pp.109-142.

83. Hurrel J. W. Decadal trends in the North Atlantic Oscillations: regional temperatures and precipitations. Science, 1995, V.269, pp. 676-679.

84. Hurrel J. W., Kushnir Y., Ottersen G., Visbeck M. An overview of the North Atlantic Oscillation. Geophys. Monograph., 2003, p. 134.

85. IPCC01 The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), IPCC Third Assessment Report Climate Change 2001: The Scientific Basis, University Press, Chambrige. - online: http://www.unep.ch/ipcc, 2001.

86. Israel H. Atmospheric electricity. v.I. Sprinfeld, 1971.

87. Israel H. Atmospheric electricity, v.II Jerusalem, 1973.

88. Jager H. Long-term record of lidar observations of the stratospheric aerosol layer at Garmish-Partemkirchen. JGR, 2005, V.110, pp.1-9.

89. Jager H., Deshler T. Lidar backscatter to extinction, mass and area conversions for stratospheric aerosol based on midlatitude ballonborne size distribution measurements. online: http : //www — das.uwyo.edu/ deshler / JagerSzdeshlercRL2002.pdf

90. Jager H. Tracing recent ash by satellite-born sensors and ground-based lidar. online: http : //www.volcano.si.edu/reports/atmosef f / var.htm//#bgvn2404, 2003.

91. James I.N., James P.N. Ultra-low frequency variability in a simple atmospheric circulation model. Nature, 1989, V.342, pp. 53-55.

92. Jirikowic J.L., Damon P.E. The medieval solar activity maximum. -Climatic Change, V.26, N 2-3, pp. 309-316.

93. Kaiser J.F., Reed W.A. Data smoothing using low pass digital filters. -Rev. Sci. Instrum., 1977, V.48, pp. 1447-1457.

94. King J. W. Sun-weather relationship. Aeronaut. Astronaut., 1975, V.13, p. 10.

95. Knight J. W., Sturrock P. A. Solar activity, geomagnetic field and terrestrial weather. Nature, 1976, V.264, N 18, pp. 239-240.

96. Kondratyev K.Ya., Nikolsky G.A. Solar radiation and solar activity. J. Roy. Met. Soc., 1970, V.96, p. 509.

97. Koppen W. On temperature cycles. Nature, 1873, V.9, pp. 184-185.

98. Koppen W. Lufttemperaturen, Sonnenflecke und Vulkanausbruche. -Meteorologische Zeitung, 1914, V.31, pp. 305-328.

99. Krivolutskij A.A. Global Structure of Ozone Response to Solar and Galactic Cosmic Ray Influence (Ground Based and Satellite Data Analysis).- Advances in Space Research, 1999, V.24, 1.5, pp. 597-606.

100. Krivolutskij A.A., Kidarova V.G., Ivanova I.N., Glazkov V.N., Fomina N.N. Manifestation of solar activity processes in the terrestrial ozonosphere. Izv. Acad. Sci. USSR Atmos. Oceanic Phys., 1996, V.31, N.l, pp. 47-50.

101. Krivolutsky A., Bazilevskaya G., Vyushkova Т., Knyazeva G. Influence of cosmic rays on chemical composition of the atmosphere: data analysis and photochemical modeling. J. Phys. and Chem. of the Earth, 2002, V. 27, pp. 471-476.

102. Labitzke K., Van Loon H. Association between the 11-year solar cycle, the quasi-biennial oscillations and the atmosphere: a summary of recent work.- The Earth's climate and variability of the sun over recent millenia, 1990.

103. Labitzke K. Sunspots, the QBO, and the stratospheric temperature in the North Pole region. GRL, V.14, N 5, pp. 535-537.

104. Labitzke K., Van Loon H. Association between the 11-year solar cycle, the Part I: the troposphere and stratosphere in the northern hemisphere in winter. JATPh, 1988, V.50, N 3, pp. 197-206.

105. Labitzke K., Van Loon H. Some resent studies of probable connection between solar and atmospheric variability. Ann. Geophys., 1993, V.ll, N11/12, pp. 1084-1094.

106. Lazzarotto В. Ozone and water vapor measurements by Raman lidar in the planetary boundary layer. Genie rural, Lausanne, EPFL: 200, 2000.

107. Lindberg J.D., Douglass R.E., Garvey D.M. Carbon and the optical properties of atmospheric dust. Appl. Opt., 1993, V.32, N.30, pp. 60776081.

108. Markson R. Solar modulation of atmospheric electrification and possible implications for the Sun-weather relationship. Nature, 1978, V.273, pp. 103-109.

109. Markson R., Muir M. Solar wind control on the Earth's electric field. -Science, 1980, V.208, pp. 979-990.

110. Marsh N., and H. Svensmark Cosmic rays, clouds and climate. Space Sci. Revs, 2000, V.94, pp. 215-230.

111. Mason B.J. The physics of clouds. Claredon, Oxford, 1971, p. 588.

112. Matthias V. et al. Lidar intercomparisons on algorithm and system level in the frame of EARLINET. MPI-Report N 337, 2002, Hamburg.

113. Measures R.M. Laser Remote Sensing. Fundamentals and Applications. • New York, Krieger, 1992.

114. Mironova I.A., Pudovkin M.I. Solar activity as a controlling factor of the sunshine intensity at low latitudes. I.J.Geomagnetism and Aeronomy, 2002, V.3, N.l, pp. 87-90.

115. Miiller D., Wandinger U. and Ansmann A. Microphysical particle parameters from extinction and backscatter lidar data by inversion with regularization: theory. Appl. Optics, 1999, V.38, N.12, pp. 2347-2357.

116. Miiller D., Wandinger U. and Ansmann A. Microphysical particle parameters from extinction and backscatter lidar data by inversion with regularization: simulation. Appl. Optics, 1999, V.38, N.12, pp. 2359-2367.

117. Muller D., Wandinger U., Althausen D., Fiebig M. Comprehensive particle characterization from three-wavelength raman-lidar observations: case study. Appl. Opt., 2001, V.40, N.27, pp. 4863-4869.

118. Nastrom G.D., Belmont A.D. Evidence for a solar cycle signal in tropospheric winds. JGR, 1980, V.85, N CI, pp. 443-452.

119. Pecker J.C., Runcorn S.K. , Variations in the Suns radiative output. -J.Revs. Geophys.,Royal Society, London. Lean, 1991, V.29, N 4, pp. 505535.

120. Pittock A.B. A critical look at long-term sun-weather relationships. -Revs. Geophys. Space Phys., 1978, V.16, N 3, pp. 400-420.

121. Pudovkin M.I., Babushkina S. V. Influence of solar flares and disturbances of the interplanetary medium on the atmospheric circulation. J. Atm. Terr. Phys., 1992, v.54, p.841-846.

122. Pudovkin M.I., Babushkina S.V. Atmospheric transparency variations associated with geomagnetic disturbances. J. Atm. Terr. Phys., 1992, V.54, pp. 1135-1138.

123. Pudovkin M.I., Morozova A.L. Time evolution of the temperature altitudinal profile in the lower atmosphere during solar proton events. -J. Atm. Sol-Terr. Phys., 1997, V.59, pp. 2159-2166.

124. Pudovkin M.I., Veretenenko S. V. Cloudiness decreases associated with Forbush-decreases of galactic cosmic rays. J. Atm. Terr. Phys., 1995, V.57, pp. 1349-1355.

125. Pudovkin M.I., Veretenenko S. V. Variations of the cosmic rays as one of the possible links between the solar activity and the lower atmosphere. -Adv. Space Res., 1996, V.17, N 11, pp. 161-164.

126. Pudovkin МЛ., Veretenenko S. V., Pellinen R., Kyro E. Influence of solar cosmic ray bursts on the temperature of the high-latitudinal atmosphere. -J. Tech. Phys.(Warszawa), 1995, v.36, pp. 433-443.

127. Pudovkin M.I., Artamonova I. V., Besser B.P., Rijnbeek R.P. Solar activity effects in the cyclic variations of the zonal circulation indices NAO. J. Atm. Sol.-Terr. Phys., 2003, in press.

128. Ram M., Stolz M.R. Possible solar influences on the dust profile of GISP2 ice core from Central Greenland. Geophys. Res. Lett., 1999, V.26, N 8, pp. 1043-1046.

129. Rasool S.I. Possible relationship between solar activity and meteorological phenomena. NASA report SP-366, ed. W.R. Bandeen and S.P. Muran, 253. US Govt. Printing Office, Washington D.C., 1975.

130. Reiter R. Phenomena in atmospheric and environmental electricity. -Elsevier, Amsterdam, 1992.

131. Roberts W.O., Olson R.H. Geomagnetic storm and wintertime 300 mbar trough development in the North Pacific North America Area. -J.Atmos.Sci., 1973, N 30, pp. 135-139.

132. Salby M.L., Shea D.J. Correlations between solar acitivity and the atmosphere: an unphysical explanation. J. Geophys. Res., 1991, v.96, pp. 22579-22595.

133. Schneider S.H. Cloudiness as a global climate feedback mechanism: The effect on the radiation balance and surface temperature of variations in the cloudiness. J. Atm. Sci., 1972, V.29, N 8, pp. 1413-1422.

134. Schult I., Feichter J. Effect of black carbon and sulfate aerosol on the global radiation budget. J.Geophys.Res., 1997, V.10, pp. 107-117.

135. Shumilov O.I., Vashenyuk E. V., Kasatkina E.A. Increase of stratospheric aerosol after solar proton events. Proc. SPIE Atmospheric Ozone, 1993, V.2049, pp. 223-230.

136. Shumilov O.I., Kasatkina E.A., Henriksen K, Vashenyuk E.V. Enhancement of stratospheric aerosol after solar proton event. -Ann.Geophys., 1996, V.14, pp. 1119-1123.

137. Schuurrrians C.J. The influence of solar flares on the tropospheric circulation. Netherlands Meteorological Institute, S-Gravenhage, 1969.

138. Sheridan P.J., Brock C.A., Wilson J.C. Aerosol particles in the upper troposphere and low stratosphere: Elemental composition and morphology of individual particles in northern midlatitudes. J.Geophys.Res., 1994, V.21, N.23., pp. 2587-2590.

139. Siscoe G.L. Solar-terrestrial influences on weather and climate. Nature, 1978, V.276, pp. 348-352.

140. Solar Geophysical Data IER-FB, 635, Pt.2, US Department of Commerce, Boulder, 1997.

141. Sullivan J.H., Teramura A.H. Field study of the interaction between solar ultraviolet-B radiation and drought on photosynthesis and grouth in soyben. Plant Physiologie, 1990, V.92, 2, pp. 141-146.

142. Sullivan J.H., Teramura A.H. The effects of ultraviolet-B radiation on loblolly pine. 2. Growth of field-grown seedlingh. Trees, 1992, V.6, 1, pp.115-120.

143. Svensmark H. Influence of cosmic rays on Earth's climate. Phys. Rev. Lett, 1998, V.81, pp. 5027-5030.

144. Svensmark H., Friis-Christens en E. Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage a missing link in solar-climate relationships. - J. Atm. Sol.-Terr. Phys., 1997, V.59, pp. 1225-1232.

145. Thejl P. A search for effects of extreme events on terrestrial atmospheric pressure: cosmic rays. DMI Scientific report 97-3, 1997, p.10

146. Thejl P. A search for effects of extreme events on terrestrial atmospheric pressure:sector boundary crossing. DMI Scientific report 97-4, 1997, p.23

147. Theopold F., Bosenberg J. Evaluation of DIAL mesuarernent in presence of signal noise. Proc. 14-th ILRC, 1998.

148. Teramura A.H., Sullivan J.H. Effects of UV-B radiation on photosynthesis and growth of terrestrial plants. Photosynthesis Res., V.39, 3, pp.463-473.

149. Tinsley B.A. Influence of solar wind on the global electric circuit, and inferred effects on cloud microphysics, temperature, and dynamics in the troposphere. Space Sci. Revs., 2000, V.94, N1-2, pp. 231-258.

150. Tinsley В.A., Brown G.M., Scherrer P.H. Solar variability influences on weather and climate: possible connection through cosmic ray fluxes and storm intensification. J. Geophys. Res., 1989, V.94, pp. 14783-14792.

151. Tinsley B.A., Rohrbaugh R.P., Hey M. Effects of image charges on the scavenging of aerosol particles by cloud droplets charging and possible ice nucleation processes. J. Atm. Sci., 2000, V.57, N 13, pp. 2118-2134.

152. Tinsley B.A., Deen G. W. Apparent tropospheric response to MeV-GeV particle flux variations: a connection via electrofreezing of supercooled water in high-level clouds. J.Geophys. Res., 1991, V.96, pp. 22283-22296.

153. Tinsley B.A., Heelis R.A. Correlation of atmospheric dynamics with solar activity: evidence for a connection via the solar wind, atmospheric electricity, and cloud microphysics. J. Geophys. Res., 1993, V.98, pp. 10375-10384.

154. Tinsley B.A. The solar cycle and QBO influences on the latitude of the storm tracks in the North Atlantic. GRL, 1988, V.15, N 5, pp. 409-412.

155. Tinsley B.A. Forcing of climate variaton by MeV-GeV particles? -Climate impact of solar variability, eds. Schatten K.H., Arking A., Proc. Confer. NASA, NASA Confer.Publication 3086, 1990, pp. 249-258.

156. Turco R.P., Yu F.Q., Zhao J.X. Tropospheric sulfate aerosol formation via ion-ion recombination. J. Air and Waste Management Association, 2000, V.50, N 3, pp. 902-907.

157. Van Loon H., Labitzke K. The 10-12 year atmospheric oscillation. Meteorol. Zeitschrift, 1994, N.F.3, N 10, pp. 259-266.

158. Veretenenko S. V., Pudovkin M.I. Variations of the cosmic rays as one of the possible links between the solar activity and the lower atmosphere. -Adv. Space Res., 1995, V.17, N 11, pp. 161-164.

159. Veretenenko S. V., Pudovkin M.I. Effects of the galactic cosmic ray variations on the solar radiation input in the lower atmosphere. J. Atm. Sol.-Terr. Phys., 1997, V.59, N 14, pp. 1739-1746.

160. Osterreichischen Akademie der Wissenschaften, Wien-Graz, 1999, pp. 373378.

161. Veretenenko S.V., Pudovkin M.I. Variation of solar radiation input to the low atmosphere associated with different helio/geophysical factors. J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 1999, V.61, p.521.

162. Wandinger U. Multiple-scattering influence on extinction and backscatter coefficient measurements with Raman and high-spectral-resolution lidars. -Appl. Opt., 1998, V. 37, N.3, pp. 417-427.

163. Whiteman D. Application of statistical methods to the determination of slope in lidar data. J. Applied Optics, 1999, V. 38, pp. 3360-3369.

164. Whiteman D. et al. Raman lidar measurements of water vapor and cirrus clouds during the passage of hurricane Bonnie, accepted to J. of Geophys. Res. 2000.

165. Wigley T.M.L., Raper S.C.B. Climatic change due to solar irradiance changes. Geophys. Res. Letts, 1990, N 12, pp. 2169-2172.

166. Wilcox J.M., Scherrer P.H., Svalgaard L., Roberts W.O., Olson R.H., Jenne R.L. Influence of solar magnetic structure on terrestrial atmospheric vorticity. J. Atm. Sci., 1974, V.31, pp. 581-588.

167. Willson R.C., Gulkis S., Janssen M., Hudson H.S., Chapman G.A. Observation of solar irradiance variability. Science, 1981, V.211, pp. 700702.

168. Willson R.C., Hudson H.S Sun's luminosity over a complete solar cycle. Nature, 1991, N 351, pp. 42-44.

169. Willson R.C., Hudson H.S Solar luminosity variations in solar cycle 21. -Nature,1988, N 332, pp. 810-812.

170. Yoon S.C., Won J.G. Monitoring of atmospheric aerosol in Seoul using a Micro Pulse Lidar. Proc. of Nineteenth International Laser radar Conference, (1998), pp.83-85.

171. Yu F. Altitude variations of cosmic ray induced production of aerosol: Implications for global cloudiness and climate. J. Geophys. Res., 2002, v.107, N A7, pp. SI A 8-1, CitelD 1118, DOI 10.1029/200LM000248.

172. Yu F.Q., Turco R.P. From molecular clusters to nano-particles: role of ambient ionization in tropospheric aerosol formation. J. Geophys. Res., 2001, V.106, N D5, pp. 4797-4814.

173. Zaitseva S.A., Akhremtchik S.N., Pudovkin M.I., Galtsova Ya. V., Besser B.P., Rijnbeek R.P. Long-term variations of the solar activity lower atmosphere relationship. - Intern. J. Geomagn. Aeron., 2003, V.4, N 2, pp. 167-174.