О связи гамма-вспышек земного происхождения (TGF) с распределением примесей в тропосфере

Введение

Гамма-вспышки земного происхождения, представляющие собой кратковременные (~1мс) вспышки гамма-излучения с энергиями фотонов до десятков МэВ были открыты в 1994г в орбитальном эксперименте BATSE, разработанном для исследования гамма-всплесков космического происхождения (Fishman et al, 1994). Одновременно была установлена тесная корреляция между географическими распределениями мест генерации TGF и молниевых разрядов, что позволило связать генерацию TGF с ранее предсказанным явлением пробоя на убегающих электронах (Гуревич А.В., Зыбин К.П., 2001)

Однако, позднее, на основе данных эксперимента RHESSE было обнаружено, что истинное географическое распределение точек генерации TGF отличается от распределения молниевых разрядов, а именно, - существуют связные «области избытка», в которых частота генерации TGF превышает ожидаемую (Карибы, Юго-восточная Азия) и «области дефицита» (Центральная Африка, Индия, Юго-восток США

Возможная связь между свойствами молниевых разрядов и локальной концентрацией атмосферных примесей систематически обсуждалась в литературе (см. Westcott, 1995, Kar and Liou, 2014), в частности, было обнаружено, что абсолютная частота молниевых разрядов облако-земля увеличивается в присутствии атмосферных загрязнений, что, в частности, приводит к снижению процентной доли разрядов облако-облако от общего числа разрядов.


Содержание исследования

В данной работе анализируется, связаны ли обнаруженные географические области относительного избытка/дефицита TGF с областями повышенной концентрации тропосферных примесей. В качестве меры загрязнения тропосферы были использованы данные инструмента OMI (KNMI/NASA) (Boersma, et al., 2011) о колонке диоксида азота NO2 в тропосфере. Показано, что колонка NO2 в «зонах дефицита» TGF вдвое превышает соответствующую колонку в «зонах избытка» TGF.

Средние данные об атмосферной колонке диоксида азота не учитывают особенностей его распределения по высоте. Примерно 90% всего диоксида азота поступает в атмосферу с поверхности земли, причем 2/3 этого объема имеет антропогенное происхождение (Jaeglé et al, 2005). С другой стороны, время жизни NO2 у поверхности измеряется часами, в то время как на высоте 5км – неделями (Levi et al, 1999). В связи с этим, у поверхности области повышенной концентрации NO2 связаны, прежде всего, с крупными городами и промышленными в Китае, Мексике, США, однако дефицита TGF в этих областях не наблюдается.

Дополнительный анализ распределения концентрации NO2 вокруг локаций TGF с высоким пространственным разрешением на основе радиоданных WWLLN также показал отсутствие особенностей в распределении NO2 на масштабе десятков километров, характерных для городских агломераций.

С другой стороны, на высоте 5км долгое время жизни NO2 приводит к тому, что глобальные ветры изменяют географическое распределение его концентрации, и именно распределение на этой высоте коррелирует с зонами избытка/дефицита TGF, что и следует ожидать, так как генерация TGF происходит на уровне облаков.

В связи с тем, что генерация TGF происходит, по всей видимости, в процессе молниевых разрядов облако-облако (Stanley, M. A., et al., 2006), наблюдаемая связь областей дефицита/избытка TGF с зонами повышенного загрязнения атмосферы на уровне облачного слоя может быть объяснена именно снижением доли таких разрядов в присутствии атмосферных примесей (Westcott, 1995)