배경
지구 대기에 대한 외계 에너지 입력의 변화와 기상 과정의 변화 사이의 연관성을 찾는 것은 길고 때로는 논란의 여지가있는 역사를 가지고 있습니다 [1]. 태양에 의해 방출되는 총 전자기 방사선은 범위의 시간에 따라 다르지만 11 년주기는 두드러 지지만 지구의 낮은 대기에 도달하는 파장에서 태양 방출의 변화는 적어도 위성 관측 기간 동안 매우 작습니다. 가변 자외선 태양 방출은 성층권 이상에서 흡수되어 성층권 온도의 작은 변화를 초래합니다.
태양의 전자기 방사선 외에도 태양풍은 에너지 입자 플럭스 및 태양 기원의 자기장을 함유하고 자기권에서 에너지 성 양성자 및 전자를 생성합니다. 그러나 이러한 입자는 산발적으로 침전되어 있으며 날씨 현상이 발생하는 것보다 높은 고도에서 에너지를 퇴적합니다. 대기의 상단에서 이러한 변화하는 에너지 입력에 대한 지구 상부 대기의 반응에는 광학 오로라와 극성 전기 구역에서의 오로라 전기 제트의 가변 전류가 포함됩니다 [2]. 그러나, 태양에서 알려진 변화를 부부 할 수있는 널리 받아 들여진 메커니즘은 없었으며, 위에서 설명한 상부 대기의 관련 변화는 지상에서 10km 이내에 날씨 과정의 영역으로의 관련된 변화가 없었습니다.
.지구 대기에 덜 명백한 입력은 우주 광선의 흐름으로, 입자 당 높은 에너지의 양성자이며, 대기를 통해 표면으로 침투하여 질소 및 산소 분자를 이온화합니다. 플럭스는 양성자 에너지 및 위도, 11 년의 일광 흑점주기 및 자기 폭풍에 따라 태양풍 자기장에 의해 5-10%만큼 조절됩니다. 우주 광선에 의한 이온화는 대기를 약하게 작동시키고 글로벌 대기 전기 회로가 형성 될 수있게한다. 주로 낮은 위도에 위치한 뇌우와 전기 샤워 구름은 상향 전류를 생성하고 지구 표면에 비해 240kV에 가까운 고도로 전기 전위에서 고도로 전위를 유지합니다. 이 잠재적 구배는 전 세계에서 하향 전류 밀도를 유발합니다. 고체 지구를 통한 수평 전류 흐름과 바다를 다시 낮은 위도로 향하게 회로를 완성합니다.
구름 공정에서 촉매제로 작용하는 대기의 전기 회로는 약 10km와 이오노 스피어 사이의 영역의 대기 현상과 무관하게 태양 활동의 변화와 대류권의 기상 반응 사이에 적어도 하나의 누락 된 연결을 제공 할 수 있습니다 [3]. 하향 전류 밀도는 적어도 극성 영역에서 지상 근처의 기상 과정에 대한 전리층 고도에서 변화 조건을 결합 할 수있는 것으로 보인다. 구름의 전기적 전도도는 주변의 투명 공기의 전기 전도도와 다르기 때문에 하향 전류가 구름이 발생할 때, 하나의 기호 (공간 전하)의 과도한 전하 (공기 이온, 에어로졸 입자 및 액 적)가 상부 및 하부 구름 경계 영역에서 발생합니다. 그런 다음, 클라우드 내의 미세 물리적 프로세스는 현재 밀도 및 공간 전하의 20% 정도의 변화에 의해 영향을받을 수 있으며, 적어도 관찰 된 구름 특성이 그러한 과도한 전하의 존재에 취약하게 만드는 것으로 보이는 극성 영역에서. 이 구름은 매우 낮은 농도의 에어로졸 및 구름 응축 핵 (CCN)과 함께 전기적으로 깨끗한 극성 공기에 형성된 하나 이상의 층의 Stratus 구름으로 구성됩니다. 이 구름의 경우, 구름의 광학적 두께 및지면으로의 복사 커플 링은 CCN 농도에 따라 달라지는 것으로 밝혀졌습니다 [4].
CCN의 생산 및 손실 공정은 이온, CCN 및 액 적의 전하에 영향을받을 수 있습니다. 이것은 약간 변경된 액적 및 얼음 농도로 이어지고 [5], 이는 구름의 광학적 두께의 변화로 나타날 수 있으며, 이는 결국지면을 향해 방출되는 열 장파 방사선을 변화시킨다. 이러한 일련의 사건을 통해, 직장에서의 공정의 시간이 지연된 후, 지상에서 관찰 된 다운 웰링 장파 조도의 변화에 의해, 일의 과정의 특성이 시간이 지연된 후, 전기-지상 전류 밀도의 변화를 따를 수있다. 현재 밀도의 차이는 (1) 뇌우와 전기 구름에서 발생할 수 있으며, 주로 전리층에서 지상 전위차를 생성하는 데 책임이있을 수 있습니다. 오로럴 위도 [6], 또는 (3) 전도체 상부 대기를 지나가는 변화하는 태양 바람 자기장에 의해 유도 된 전리층 전위의 변화로 인한. 이러한 영향의 마지막 영향은 제한된 영역으로 제한된 영역으로 제한되어 있으며, 근처의 수직 지오 생적 필드 라인으로 인해 기하학적 기둥에서 약 1000km까지 제한되어 있습니다.
위에서 설명한 원인과 결과의 순서에는 정량화하기 어려운 단계가 포함되어 있습니다. 이러한 복잡성을 고려할 때, 유용한 접근법은 전류-지상의 전류 밀도에 대한 대기 관찰을 사용하여 통계 연구를 수행하는 것입니다. 통계적으로 유의 한 링크가 나타나면, 가정 된 물리적 메커니즘이 낮은 대기에서 효과가 발생하여 감지하기에 충분히 큰 영향을 미친다는 확신이 높아집니다. 지면에서 관찰 된 하향 가파 조도는 대기 매개 변수에 이상적인 선택입니다. 온도 프로파일과 직접적인 오버 헤드 구름의 광학적 두께와 직접 관련되어 있기 때문입니다.
데이터 및 분석
남극에는 하향 전파화 장파 조도의 장기 데이터 세트가 존재하며 NOAA의 Earth System Research Laboratory를 통해 전자적으로 이용 가능합니다. 이 작업은 1993 년 말부터 2017 년 중반까지 24 시간 평균 조도를 사용합니다. 임무는 연간주기가 제거 된 일일 장파 조도 측정, y (d)로 표시되는 일일 장파 조도 측정 및 수직 전류 밀도 j (d- l 에 대한 프록시 변수 사이의 통계적 연결을 찾는 것입니다. ). 여기서 D 라벨 데이터 세트의 날짜, d =1, 2,… 및 l은 며칠의 시간 지연입니다. y (d)의 큰 값은 긴파 방출이 비교적 낮고 따뜻한 고도에서 비롯된 두꺼운 구름의 존재에 해당합니다. 비교적 높고 차가운 고도가 열 방출에 우선적으로 기여하는 맑은 하늘은 관찰 된 장파 조도로 이어집니다.
적절한 회귀 모델은 다음과 같습니다.
y (d) =a 0 ( l ) + a 1 ( l ) t (d) + a 2 ( l ) t (d) + a 3 ( l ) J (d- l ) + ε (d)
여기서 t (d)는 시간의 선형 경향이며, 데이터 세트의 검사는 2 차 항 (d)에 동기를 부여했다. 잔류 ε (d)는 평균 0.0이며 1 일 지연과의 자기 상관이 포함됩니다. 물리적으로 자기 상관은 흐림의 지속성에서 발생합니다. 회귀 계수에 대한 값 a i ( l ), i =0,…, 3은 최소 제곱 방법으로 추정됩니다. 여기서 관심 계수는 3 입니다 ( l ) 시간에는 0에서 며칠 사이에 지연되며 l 직장에서의 물리적 과정의 특징입니다. 회귀 모델에 의해 설명되지 않은 y의 분산은 3 의 추정치에서 95% 신뢰 범위를 결정합니다. ( l ).
독립 변수 j (d- l 에 대한 다양한 선택 ) 수직 전류 밀도에 영향을 줄 수있는 세 가지 다른 메커니즘을 검사 할 수 있습니다. 첫 번째 계산은 J (d- l 을 설정합니다 )지면 수준의 수직 전기장의 일일 측정과 동일하며, 국소 기상 오염을 수정하도록 조정. 데이터는 남극 대륙의 스테이션 보스 토크와 콩코르 디아에서 나온다 [7]. 이 사례는 극성 클라우드 특성이 하향 전류 밀도에 결합되어 있는지에 대한 근본적인 질문을 다루며, 앞에서 논의한 바와 같이, 주로 저조도 뇌우로 인한 전리층 전위에 의해 내부적으로 생성됩니다.
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이 데이터 세트에 회귀 모델을 적용하면 통계적으로 유의 한 값이
다음 케이스는 j를 일일 자기 a p 와 동일하게 설정합니다. 지면 수준의 지자기장에서 변동성의 척도 인 색인. 이러한 변화는 오로라 전기 제트에서와 같은 전기권 전류를 변화시켜 국소 전리층 전위와 국소 하향 전류 밀도의 변화를 유발함으로써 시작됩니다. 이 분석에서 회귀 모델은 장파 조도와 a p 사이의 통계적으로 유의 한 음성 연결을 보여줍니다. l 의 색인 =2 일 전에. 일광과 어두운 기간이 결합되면
세 번째 및 마지막 사례는 j를 NASA/Goddard Space Flight Center의 Omniweb 전자 보관소에서 얻은 행성 간 자기장의 일일 동서 구성 요소와 동일합니다. 이 회귀는 장파 조도와 95% 유의성 표준을 충족 한 자기장 사이의 관계를 식별하지 못했습니다. 경파 간 자기장에 대한 장파 조도의 커플 링이 실제로 존재한다면, 남극의 기하학적 위도에서 확인하기에는 너무 약하다. 지오 자모 극은 지리적 남극에서 약 10의 위도로 변위됩니다. 북쪽 또는 남쪽에있는 기하학적 극에 가까운 장파 방사선을 사용한 새로운 분석은 행성 간 자기장에 대한 링크를 더 잘 정의하기 위해 필요합니다. 또한 위에서 설명한 상관 관계는 전류 밀도의 20% 정도의 변동과 일상적인 타임 스케일에서만 변동합니다. 우주 광선 플럭스의 변화에 따른 10 년 및 장기 태양 사이클에 따라 다른 평균 전류 밀도의 변화의 영향은 평가되지 않았다.
결론
이 연구의 결과는 하향 대기 전기 전류가 극지 지역의 구름 특성에 영향을 미치고 결과적으로 장파 조도에 영향을 미친다는 가설과 일치합니다. 이 전류를 유발하는 전위 차이는 이온 구지 고도 이상에서 발생하는 공정에 반응하기 때문에 대기의 전기 회로는 전리층과 근거리 환경을 지상 근처의 기상 과정에 연결하는 데 도움이 될 수 있습니다.
.참조 :
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