Solar-Terrestrial Physics Solar-Terrestrial Physics Солнечно-земная физика 2712-9640 122589 10.12737/szf-122202606 ybsgms Результаты исследований Results of current research Результаты исследований The mid-altitude atmosphere of the European-Asian Region during Forbush decreases in cosmic rays Среднеширотная атмосфера Европейско-Азиатского региона в период форбуш-понижений космических лучей Янчуковский Валерий Леонидович Yanchukovsky Valery Leonidovich vjanch@gs.nsc.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Кузьменко Василий Сергеевич Kuzmenko Vasiliy Sergeevich mp3.87@mail.ru Хисамов Рашит Замалтдинович Khisamov Rashit Zamaltdinovich khisamovrz@ipgg.sbras.ru Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН Новосибирск Россия Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS Novosibirsk Russian Federation Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН Новосибирск Россия Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS Novosibirsk Russian Federation Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН Новосибирск Россия Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS Novosibirsk Russian Federation 12 2 54 62 08 09 2025 25 11 2025 https://naukaru.ru/en/nauka/article/122589/view

Выполнен анализ реакции среднеширотной атмосферы на форбуш-понижения галактических космических лучей, для чего были привлечены результаты многолетних наблюдений вариаций космических лучей и изменений атмосферных параметров на семи среднеширотных станциях космических лучей за период с 1966 по 2024 г. Во время форбуш-понижений (на спаде и в минимуме интенсивности) наблюдается увеличение атмосферного давления на всех среднеширотных станциях космических лучей. При восстановлении интенсивности космических лучей после форбуш-понижения происходит уменьшение давления. Продолжительность этого отклика атмосферы совпадает с продолжительностью форбуш-понижения. Эффект более четко проявляется в холодный период года, а также для станций космических лучей с небольшими значениями жесткости геомагнитного обрезания. Вариации среднемассовой и приземной температур во время форбуш-понижения наблюдаются на всех станциях космических лучей и существенно различаются для холодного и теплого времени года. Полученные результаты позволяют предположить, что изменения облачности и прозрачности атмосферы, вызванные изменениями скорости ионизации во время форбуш-понижений, являются причиной наблюдаемых эффектов.

The response of the mid-latitude atmosphere to Forbush decreases in galactic cosmic rays is analyzed. We use the results of long-term observations of cosmic ray variations and changes in atmospheric parameters at seven mid-latitude cosmic ray stations for the period from 1966 to 2024. During Forbush decreases (at the decline and minimum of intensity), an increase in atmospheric pressure is observed at all mid-latitude cosmic ray stations. When the cosmic ray intensity is restored after a Forbush decrease, the pressure decreases. The duration of this atmospheric response coincides with the duration of the Forbush decrease. The effect is more pronounced in the cold season, as well as for cosmic ray stations with small geomagnetic cutoff rigidity values. Variations in mean mass and surface temperatures during a Forbush decrease are observed at all cosmic ray stations and differ significantly for the cold and warm seasons. The obtained results suggest that changes in cloudiness and atmospheric transparency caused by changes in the ionization rate during Forbush decreases are a possible cause of the observed effects.

 космические лучи атмосфера форбуш-понижения давление температура cosmic rays atmosphere Forbush decreases pressure temperature The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Project FWZZ-2022-0019). The results were obtained using the equipment of Unique Research Facility 85 “Russian National Network of Cosmic Ray Stations” [http://www.ckp-rf.ru/usu/433536] The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Project FWZZ-2022-0019). The results were obtained using the equipment of Unique Research Facility 85 “Russian National Network of Cosmic Ray Stations” [http://www.ckp-rf.ru/usu/433536]

Веретененко С.В., Пудовкин М.И. Эффекты форбуш-понижений галактических космических лучей в вариациях общей облачности. Геомагнетизм и аэрономия. 1994, т. 34, с. 38–44. Dickinson R.E. Solar variability and the lower atmosphere. Bulletin of the American Meteorological Society. 1975, vol. 56, iss. 12, pp. 1240–1248. https://doi.org/10.1175/1520-0477(1975)056<1240:SVATLA>2.0.CO;2. Веретененко С.В., Пудовкин М.И. Вариации общей облачности в ходе всплесков солнечных космических лучей. Геомагнетизм и аэрономия. 1996, т. 36, № 1, с. 153–156. Erlykin A.D., Wolfendale A.W. Cosmic ray effects on cloud cover and their relevance to climate change. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2011, vol. 77, pp. 1681–1686. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2011.03.001. Веретененко C.В., Тайл П. Солнечные протонные cобытия и эволюция циклонов в Северной Атлантике. Геомагнетизм и аэрономия. 2008, т. 48, № 4, с. 542–552. Erlykin A.D., Gualai G., Kudela K., Sloan T., Wolfendale A.W. Some aspects of ionization and the cloud cover, cosmic ray correlation problem. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2009, vol. 71, pp. 823–829. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.03.007. Веретененко С.В., Огурцов М.Г. Исследование пространственно-временной структуры долгопериодных эффектов солнечной активности и вариаций космических лучей в циркуляции нижней атмосферы. Геомагнетизм и аэрономия. 2012, т. 52, № 5, с. 626–638. Karakhanyan A.A., Molodykh S.I. Spatial distribution of temperature during geomagnetic disturbances. Sol.-Terr. Phys. 2018, vol. 4, iss. 4, pp. pp. 59–62. https://doi.org/10.12737/stp-44201808. Караханян А.А., Молодых С.И. Пространственное распределение температуры во время геомагнитных возмущений. Солнечно-земная физика. 2018, т. 4, № 4, с. 76–81. https://doi.org/10.12737/szf-44201808 / Karakhanyan A.A., Molodykh S.I. Spatial distribution of temperature during geomagnetic disturbances. Sol.-Terr. Phys. 2018, vol. 4, iss. 4, pp. 59–62. https://doi.org/10.12737/stp-44201808. Kniveton D.R. Precipitation, cloud cover and Forbush decreases in galactic cosmic rays. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2004, vol. 66, iss. 13-14, pp. 1135–1142. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.05.010. Кудрявцев И.В., Юнгер X. Вариации прозрачности атмосферы под действием галактических космических лучей как возможная причина их влияния на формирование облачности. Геомагнетизм и аэрономия. 2011, т. 51, № 5, с. 668–676. https://doi.org/10.1134/S0016793211050100. Kondratyev K.Ya., Nikolsky G.A. The solar constant and climate. Solar Phys. 1983, vol. 89, pp. 215–222. https://doi.org/10.1007/BF00211964. Матвеев Л.Т. Теория общей циркуляции атмосферы и климата Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 296 с. Kudryavtsev I.V., Jungner H. Variations in atmospheric transparency under the action of galactic cosmic rays as a possible cause of their effect on the formation of cloudiness. Geomagnetism and Aeronomy. 2011, vol. 51, iss. 5, pp. 656–663. https://doi.org/10.1134/S0016793211050100. Мустель Э.Р. Современное состояние вопроса о реальности корпускулярно-атмосферных связей. Солнечно-атмосферные связи в теории климата и прогнозах погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, с. 7−18. Matveev L.T. Theory of General Circulation of the Atmosphere and Climate of the Earth. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1991, 296 p. (In Russian). 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. Mustel E.R. Current state of the question about the reality of corpuscular-atmospheric connections. Solar-Atmospheric Connections in Climate Theory and Weather Forecasts. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1974, pp. 7–18. (In Russian). Пудовкин М.И., Распопов О.М. Физический механизм воздействия солнечной активности и других геофизических факторов на состояние нижней атмосферы, метеопараметры и климат. Успехи физических наук. 1993, т. 163, № 7, с. 113–116. https://doi.org/10.3367/UFNr.0163.199307i.0113. Pudovkin M.I., Raspopov O.M. The mechanism of the impact of solar activity on the state of the lower atmosphere and meteorological parameters (review). Geomagnetism and Aeronomy. 1992, vol. 32, pp. 1–22. (In Russian). Янчуковский В.Л. Реакция среднеширотной атмосферы на спорадические вариации космических лучей в регионе Западной Сибири. Солнечно-земная физика. 2024, т. 10, № 4, с. 65–71. https://doi.org/10.12737/szf-104202407 / Yanchukovsky V.L. Response of the mid-latitude atmosphere to sporadic cosmic ray variations in the Western Siberian region. Solar-Terr. Phys. 2024, vol. 10, iss. 4, pp. 59–64. https://doi.org/10.12737/stp-104202407. Pudovkin M.I., Raspopov O.M. Physical mechanism of the action of solar activity and other geophysical factors on the state of the lower atmosphere, meteorological parameters, and climate. Physics - Uspekhi. 1993, vol. 163, iss. 7, pp. 664–647. https://doi.org/10.1070/PU1993v036n07ABEH002296. Dickinson R.E. Solar variability and the lower atmosphere. Bulletin of the American Meteorological Society. 1975, vol. 56, iss. 12, pp. 1240–1248. https://doi.org/10.1175/1520-0477(1975)056<1240:SVATLA>2.0.CO;2. Pudovkin M.I., Veretenenko S.V. Cloudiness decreases associated with Forbush-decreases of galactic cosmic rays. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1995, vol. 57, iss. 11, pp. 1349–1355. https://doi.org/10.1016/0021-9169(94)00109-2. Erlykin A.D., Wolfendale A.W. Cosmic ray effects on cloud cover and their relevance to climate change. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2011, vol. 77, pp. 1681–1686. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2011.03.001. Pudovkin M.I., Veretenenko S.V., Pellinen R., Kyro E. Meteorological characteristic changes in the high-latitudinal atmosphere associated with Forbush decreases of galactic cosmic rays. Adv. Space Res. 1997, vol. 20, iss. 6, pp. 1169–1172. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(97)00767-9. Erlykin A.D., Gualai G., Kudela K., et al. Some aspects of ionization and the cloud cover, cosmic ray correlation problem. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2009, vol. 71, pp. 823–829. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.03.007. Pudovkin M.I., Veretenenko S.V., Pellinen R., Kyro E. Cosmic ray variation effects in the temperature of the high-latitude atmosphere. Adv. Space Res. 1996, vol. 17, iss. 11, pp. 165–168. https://doi.org/10.1016/0273-1177(95)00746-2. Kniveton D.R. Precipitation, cloud cover and Forbush decreases in galactic cosmic rays. J. Atmos. Solar Terr. Phys. 2004, vol. 66, iss. 13-14, pp. 1135–1142. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.05.010. Roldugin V.C., Tinsley B.A. Atmospheric transparency changes associated with solar wind-induced atmospheric electricity variations. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2004, vol. 66, iss. 13-14, pp. 1143–1149. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.05.006. Kondratyev K.Ya., Nikolsky G.A. The solar constant and climate. Solar Phys. 1983, vol. 89, pp. 215–222. https://doi.org/10.1007/BF00211964. Shumilov O.I., Kasatkina E.A., Henriksen K., Vashenuk E. Enhancement of stratospheric aerosol after solar proton event. Ann. Geophys. 1996, vol. 4, iss. 11, pp. 1119–1123. https://doi.org/10.1007/s00585-996-1119-y. Pudovkin M.I., Veretenenko S.V. Cloudiness decreases associated with Forbush-decreases of galactic cosmic rays. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1995, vol. 57, iss. 11, pp. 1349–1355. https://doi.org/10.1016/0021-9169(94)00109-2. 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, vol.96, pp. 22283−22296. https://doi.org/10.1029/91JD02473. Pudovkin M.I., Veretenenko S.V., Pellinen R., Kyro E. Cosmic ray variation effects in the temperature of the high-latitude atmosphere. Adv. Space Res. 1996, vol. 17, iss. 11, pp. 165–168. https://doi.org/10.1016/0273-1177(95)00746-2. Tinsley B.A., Brown G.M., Scherrer P.H. Solar variability influences on weather and climate: Possible connections through cosmic ray fluxes and storm intensification. J. Geophys. Res. 1989, vol. 94, iss. D12, pp. 14783–14792. https://doi.org/10.1029/JD094iD12p14783. Roldugin V.C., Tinsley B.A. Atmospheric transparency changes associated with solar wind-induced atmospheric electricity variations. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2004, vol. 66, iss. 13-14, pp. 1143–1149. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.05.006. Todd M.C., Kniveton D.R. Changes in cloud cover associated with Forbush decreases of galactic cosmic rays. J. Geophys. Res. 2001, vol. 106, pp. 32031–32041. https://doi.org/10.1029/2001JD000405. Pudovkin M.I., Veretenenko S.V., Pellinen R., Kyro E. Meteorological characteristic changes in the high-latitudinal atmosphere associated with Forbush decreases of galactic cosmic rays. Adv. Space Res. 1997, vol. 20, iss. 6, pp. 1169–1172. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(97)00767-9. Todd M.C., Kniveton D.R. Short term variability in satellite-derived cloud cover and galactic cosmic rays: an update. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2004, vol. 66, pp. 1205–1212. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.05.002. Shumilov O.I., Kasatkina E.A., Henriksen K., Vashenuk E. Enhancement of stratospheric aerosol after solar proton event. Ann. Geophys. 1996, vol. 4, iss. 11, pp. 1119–1123. https://doi.org/10.1007/s00585-996-1119-y. Veretenenko S.V., Pudovkin M.I. Effects of Forbush declines of galactic cosmic rays on total cloud cover variations. Geomagnetism and Aeronomy, 1994, vol. 34, pp. 38–44 (In Russian). 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, vol.96, pp. 22283−22296. https://doi.org/10.1029/91JD02473. Veretenenko S.V., Pudovkin M.I. Variations in total cloudiness during solar cosmic ray bursts. Geomagnetism and Aeronomy. 1996, vol. 36, iss. 1, pp. 153–156. (In Russian). Tinsley B.A., Brown G.M., Scherrer P.H. Solar variability influences on weather and climate: Possible connections through cosmic ray fluxes and storm intensification. J. Geophys. Res. 1989, vol. 94, iss. D12, pp. 14783–14792. https://doi.org/10.1029/JD094iD12p14783. Veretenenko S.V., Tejll P. Solar proton events and evolution of cyclones in the North Atlantic. Geomagnetism and Aeronomy. 2008, vol. 48, iss. 4, pp 518–528. https://doi.org/10.1134/S0016793208040130. Todd M.C., Kniveton D.R. Changes in cloud cover associated with Forbush decreases of galactic cosmic rays. J. Geophys. Res. 2001, vol. 106, pp. 32031–32041. https://doi.org/10.1029/2001JD000405. Veretenenko S.V., Ogurtsov M.G. Study of spatial and temporal structure of long-term effects of solar activity and cosmic ray variations on the lower atmosphere circulation. Geomagnetism and Aeronomy. 2012, vol. 52, iss. 5, pp. 591–602. https://doi.org/10.1134/S0016793212050143. Todd M.C., Kniveton D.R. Short term variability in satellite-derived cloud cover and galactic cosmic rays: an update. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2004, vol. 66, pp. 1205–1212. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.05.002. Veretenenko S., Thejll P. Influence of energetic Solar Proton Events on the development of cyclonic processes at extratropical latitudes. IOP Publishing. J. Phys.: Conf. Ser. 2013, vol. 409, 012237. https://doi.org/10.1088/1742-6596/409/1/012237. Veretenenko S., Thejll P. Influence of energetic solar proton events on the development of cyclonic processes at extratropical latitudes. IOP Publishing. J. Phys.: Conf. Ser. 2013, vol. 409, 012237. https://doi.org/10.1088/1742-6596/409/1/012237. Yanchukovsky A.L., Tergoev V.I., Shapovalova P.A. Digital barograph. Patent SU504406A1. 1972. Yanchukovsky A.L., Tergoev V.I., Shapovalova P.A. Digital barograph. Patent SU504406A1. 1972. Yanchukovsky V.L. Response of the mid-latitude atmosphere to sporadic cosmic ray variations in the Western Siberian region. Sol.-Terr. Phys. 2024, vol. 10, iss. 4, pp. 59–64. https://doi.org/10.12737/stp-104202407. URL: http://crsa.izmiran.ru/phpmyadmin (дата обращения 17 сентября 2025 г.). URL: http://crsa.izmiran.ru/phpmyadmin (accessed September 17, 2025). URL: https://www.nco.ncep.noaa.gov/pmb/products/gfs (дата обращения 17 сентября 2025 г.). URL: https://www.nco.ncep.noaa.gov/pmb/products/gfs (accessed September 17, 2025). URL: https://www.nmdb.eu/station/athn/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://www.nmdb.eu/station/athn/ (accessed September 18, 2025). URL: https://www.nmdb.eu/station/irkt/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://www.nmdb.eu/station/irkt/ (accessed September 18, 2025). URL: https://www.nmdb.eu/station/kiel/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://www.nmdb.eu/station/kiel/ (accessed September 18, 2025). URL: http://cr0.izmiran.ru/mosc/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: http://cr0.izmiran.ru/mosc/ (accessed September 18, 2025). URL: https://www.nmdb.eu/station/mosc/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://www.nmdb.eu/station/mosc/ (accessed September 18, 2025). URL: https://www.nmdb.eu/station/nvbk// (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://www.nmdb.eu/station/nvbk// (accessed September 18, 2025). URL: https://www.nmdb.eu/station/oulu/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://www.nmdb.eu/station/oulu/ (accessed September 18, 2025). URL: https://www.nmdb.eu/station/yktk/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://www.nmdb.eu/station/yktk/ (accessed September 18, 2025). URL: https://www.nmdb.eu/nest/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://www.nmdb.eu/nest/ (accessed September 18, 2025). URL: http://cgm.iszf.irk.ru (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: http://cgm.iszf.irk.ru (accessed September 18, 2025). URL: http://cr0.izmiran.ru/nvbk/main.htm (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: http://cr0.izmiran.ru/nvbk/main.htm (accessed September 18, 2025). URL: http://193.232.24.200/nvbk/main.htm (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: http://193.232.24.200/nvbk/main.htm (accessed September 18, 2025). https://www.nmdb.eu/station/mosc/ URL: https://cosm-rays.ipgg.sbras.ru/data-page/ (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://cosm-rays.ipgg.sbras.ru/data-page/ (accessed September 18, 2025). URL: http://cosray.phys.uoa.gr/index.php/esa-neutron-monitor-service/multi-station-neutron-monitor-data (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: http://cosray.phys.uoa.gr/index.php/esa-neutron-monitor-service/multi-station-neutron-monitor-data (accessed September 18, 2025). URL: https://ikfia.ysn.ru/data/hecr/nm/yak (дата обращения 18 сентября 2025 г.). URL: https://ikfia.ysn.ru/data/hecr/nm/yak (accessed September 18, 2025). URL: http://www.ckp-rf.ru/usu/433536 (дата обращения 25 октября 2025 г.). URL: http://www.ckp-rf.ru/usu/433536 (accessed October 25, 2025). URL: https://tools.izmiran.ru/cutoff/ (дата обращения 25 октября 2025 г.). URL: https://tools.izmiran.ru/cutoff/ (accessed October 25, 2025). URL: https://p-barometr.ru/brs-1m (дата обращения 25 октября 2025 г.). URL: https://p-barometr.ru/brs-1m (accessed October 25, 2025). URL: https://patents.google.com/patent/SU504406A1/ru (дата обращения 25 октября 2025 г.). URL: https://patents.google.com/patent/SU504406A1/ru (accessed October 25, 2025). URL: https://www.анероид.рф/catalog/meteorologiya/registratory/m-22a.htm (дата обращения 25 октября 2025 г.). URL: https://www.aneroid .rf/catalog/meteorologiya/registratory/m-22a.htm (accessed October 25, 2025).