Troick, Russian Federation
Troick, Russian Federation
Troick, Russian Federation
Troick, Russian Federation
Troick, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Estimation of barometric coefficient for neutron component of cosmic rays was performed for Antarctic station Mirny taking into account effect of dynamic pressure caused by wind in the atmosphere. Hourly data of continue monitoring of neutron component and data of the local meteo station have been used for the period 2007-2014. Wind velocity at the observatory Mirny reaches 20-40 m/s in winter that corresponds to dynamic pressure of 5-6 mb and leads to the error of 5% in variations of neutron component because of dynamic effect in the atmosphere. The results are interesting for high latitude and high mountain detectors, where affect Bernulli may be significant.
Galactic cosmic ray variations, barometric effect, neutron monitors
ВВЕДЕНИЕ
При исследовании вариаций первичного космического излучения очень эффективными являются такие прецизионные детекторы, как нейтронные мониторы. Так, статистическая точность стандартного нейтронного супермонитора 18-NM-64 на уровне моря при часовом усреднении составляет ~0.15 %, поэтому необходимо обеспечить уровень прочих возможных ошибок не хуже этой статистической ошибки. К таким возможным ошибкам относятся ошибки, связанные с исключением барометрического эффекта из данных наблюдений. Типичная точность современных датчиков давления 0.2 мбар, что дает нам требуемую точность поправок ≈0.15 %. Однако имеется еще одно, более трудно учитываемое обстоятельство. Барометрический эффект, который в первую очередь обусловлен поглощением нейтронов в атмосфере, определяется количеством вещества над детектором, т. е. статическим давлением. Применяемые датчики давления измеряют полное давление как сумму статического и динамического давления. Задачами настоящей работы являются экспериментальное определение вклада динамического давления и введение необходимых поправок в данные наблюдений.
Динамическое давление обусловлено ветровым потоком и равно кинетической энергии единичного объема вещества:
PD=½ρV2,
где ρ - плотность воздуха, V - скорость потока. Однако только часть кинетической энергии CxPD преобразуется в потенциальную энергию и воздействует на препятствие и в конечном счете на показания датчика давления. Коэффициент пропорциональности Cx, или аэродинамический коэффициент, зависит от геометрии препятствия и числа Рейнольдса. Влияние ветра для отдельных событий исследовалось ранее [Lockwood, Calawa, 1957; Dubinsky et al., 1960; Kawasaki, 1972; Buticofer, Flugiker, 1999; Dorman, 2004]. Обзор этих работ сделан в книгах [Дорман, 1972; Dorman et al., 1999]. Однако детальный анализ динамического эффекта ветра, включающий антарктические станции, где наблюдаются очень сильные стоковые ветра, не проводился.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ
Регулярный мониторинг космических и метеорологических параметров на ст. «Мирный» осуществляется с 2007 г. Анализ проводился на базе данных с часовым разрешением, исправленных на барометрический эффект по классической методике [Kobelev et al., 2011], с привлечением скорости счета нейтронного монитора 12-NM-64. Для оценки турбулентности потока привлекались также данные по атмосферному давлению и скорости ветра с минутным разрешением.
На антарктических станциях, в том числе и на ст. «Мирный», в связи с особенностями рельефа наблюдаются стоковые ветра. Максимальной силы стоковые ветра достигают антарктической зимой - с апреля по ноябрь они дуют почти непрерывно. На рис. 1 приведена наблюдаемая скорость ветра за 2007-2014 гг. с минутным разрешением.
1. Buticofer R., Flugiker E.O. Pressure correction of GLE measurements in turbulent winds. Proc. 26th ICRC, Salt Lake City. 1999, vol. 6, pp. 395-398.
2. Dorman L.I. Meteorologicheskie effekty kosmicheskikh luchei [Meterological Effects of Cosmic Rays]. Moscow, Nauka Publ., 1972, 211 p. (in Russian).
3. Dorman L. Cosmic rays. Variations and Space Explorations. North-Holland Publishing Company, American Elsevier Publishind Company, 1974, 675 p.
4. Dorman L.I., Villoresi G., Iucci N., Parisi M., Ptitsyna N.G. Cosmic ray survey to Antarctica and coupling functions for neutron component in solar minimum (1996-1997). 3. Geomagnetic effects and coupling functions. Proc. of 26th ICRC, Salt Lake City. 1999, vol. 7, pp. 382-385.
5. Dorman L. Cosmic Rays in the Earth´s Atmosphere and Underground. Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, 2004, p. 855. (Astrophysics and Space Science Library, vol. 303).
6. Dubinsky J., Chaloupka P., Kawalski T. Wind influence on cosmic ray neutron intensity. Mat.-fys. časop [Mathemаtical and Physical Journal]. 1960, vol. 10, no. 1, pp. 57-62.
7. Kawasaki S. On the anomalous barometric coefficient of cosmic-ray neutron monitor at Mt. Norikura. Sci. Rep. Inst. Phys. Chem. Res. 1972, vol. 66, pp. 25-32.
8. Kobelev P., Belov A., Mavromichalaki E., Gerontidou M., Yanke V. Variations of barometric coefficients of the neutron, component in the 22-23 cycles of solar activity. Proc. 32nd ICRC, Beijing, China, 2011, vol. 11, pp. 382-385. DOI: 10.7529/ ICRC2011/V11/0654.
9. Kobelev P., Belov A., Eroshenko E., Yanke V. Reception coefficients and energy characteristics of the ground level cosmic ray detectors. Proc 33rd ICRC, Rio de Janeiro, 2013, id 0878, URL: ftp://cr0.izmiran.ru/Proceedings/(ICRC); http://www.cbpf.br/~icrc2013/papers/icrc2013-0878.pdf (accessed October 2, 2015).
10. Krymsky G. F., Kuz’min A.I., Krivoshapkin P.A., Samsonov I.S., Skripin G.V., Transky I.A., Chirkov N.P. Kosmicheskie luchi i solnechnyi veter [Cosmic Rays and Solar Wind]. Moscow, Nauka Publ., 1981, 224 p. (in Russian).
11. Lockwood J.A., Calawa A.R. On the barometric pressure coefficient for cosmic ray neutrons. J. Atmos. Terr. Phys. 1957, vol. 11, pp. 23-30.
12. Shakina N.P. Lektsii po dinamicheskoi meteorologii [Lectures on Dynamic Meteorology]. Moscow, Triada Publ., 2013, 160 p. (in Russian).
