научный журнал по геофизике Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана ISSN: 0002-3515

2015

DOI: 10.7868/S0002351515010125 Список литературы

ИМХАСИН Х.Х., КИРНЕР О., МАКАРОВ Б.К., МАКАРОВА М.В., ОСИПОВ С.И., ПОБЕРОВСКИЙ А.В., ТИМОФЕЕВ Ю.М. — 2015 г.

Представлен совместный анализ результатов Фурье-спектрометрических измерений СН4 и расчетов модели EMAC для станции Петергоф (СПбГУ) за 2009–2012 гг. Систематические рассогласования между наблюдениями и моделью составляют 1.3% и 0.3% соответственно величин для общего содержания и средней по столбу концентрации СН4. Высокая корреляция для экспериментального и модельного массивов общего содержания (r = 0.8) показывает, что EMAC воспроизводит изменчивость общего содержания СН4 в атмосфере за счет метеорологических процессов. На основе данных моделирования проведен анализ влияния метеорологических условий, характерных для Фурье-спектрометрических наблюдений, на получаемые оценки среднего значения общего содержания и средней концентрации СН4. Показана возможность существования систематических сдвигов (до 0.4) экспериментальных оценок среднего значения относительно “истинного”. Этот факт необходимо учитывать при сравнениях климатологических или модельных данных с результатами Фурье-спектрометрических измерений в особенности для станций с относительно небольшим количеством дней наблюдений.

ГАВРИКОВ А.В., ИВАНОВ А.Ю. — 2015 г.

При помощи мезомасштабной модели высокого разрешения WRF-ARW и анализа радиолокационных изображений (РЛИ) спутников Radarsat-1 и Radarsat-2, исследуется аномально сильная новороссийская бора, наблюдавшаяся в январе–феврале 2012 г. Бора уверенно воспроизвелась не только в узкой прибрежной зоне, но и далеко в открытой части Черного моря. В результате исследования показано, что оптимально сконфигурированная модель WRF-ARW, используя вложенные сетки с горизонтальным разрешением 9/3/1 км, хорошо воспроизводит бору на качественном и количественном уровне. Детали и структура боры (например, полосы-струи и др. особенности), видимые на РЛИ, отчетливо воспроизвелись в результате численного моделирования. Совместный анализ позволил сделать заключение о высокой эффективности двух альтернативных методов исследования динамики этого опасного метеорологического явления.

БУЛГАКОВ К.Ю., ЧАЛИКОВ Д.В. — 2015 г.

Излагается новый подход в технологии совместного моделирования океана, атмосферы и морских волн, осуществляемый путем детального моделирования процессов на поверхности океана. Кратко описываются роль поверхностных волн и цепочка трансформации энергии и импульса: ветер отдает энергию и импульс волнам, турбулентности и поверхностным течениям через поле поверхностного давления и тангенциальное напряжение. Волны запасают импульс и энергию и передают их с задержкой также течениям и турбулентности верхнего слоя океана. Рассматривается возможный способ объединения моделей атмосферы, морских волн и океана.

САРКИСЯН А.С. — 2015 г.

В связи с 60-летием издания первой в океанологии работы по численному моделированию динамических характеристик океана [1], автор решил изложить свой взгляд на основные вехи развития численного моделирования климатических характеристик океана. Это развитие условно и схематически представлено в виде одной таблицы, состоящей из двух линий: А. Синтез моделей данных измерений. Б. Теория и расчет морских течений. Линия А состоит из следующих ступеней: метод отсчетной поверхности – диагностический метод–диагноз–адаптация–четырехмерный анализ. Линия Б: школа Экмана – численное моделирование баротропного, затем бароклинного океана – моделирование отдельных бассейнов с высоким разрешением – моделирование Мирового океана с высоким разрешением и учетом ледовитости. В статье приводятся краткий обзор и анализ результатов каждой из перечисленных ступеней. Симпатии автора на стороне линии А, ибо, на наш взгляд, наиболее реалистичные результаты характеристик, представляющих научный интерес, получаются путем синтеза моделей и данных измерений, при оптимальной продолжительности модельного времени интегрирования. К сожалению, в работах по обоим направлениям зачастую выбирается неоправданно длительное время интегрирования (50–100 лет). В этом случае, даже при высоком разрешении (0.1° шага сетки), модели доходят до уровня своей некомпетентности, и анализируются странные характеристики, типа meridional overturning или осредненной по всей толще всего Мирового океана кинетической энергии, вообще не имеющей научного значения.

ГЛАЗУНОВ А.В., СТЕПАНЕНКО В.М. — 2015 г.

Проведена серия LES-расчетов турбулентных течений над неоднородными поверхностями, имитирующими небольшие лесные озера. Исследованы закономерности турбулентного обмена теплом и импульсом над такими объектами. Отмечена слабая чувствительность характеристик турбулентности над “озером” к термической стратификации. Рассматриваются вопросы репрезентативности натурных измерений турбулентных потоков методом ковариации вихревых пульсаций над такими объектами.

ЗАБОЛОТСКИХ Е.В., РЕПИНА И.А., ЧЕЧИН Д.Г., ШАПРОН Б. — 2015 г.

Исследуются экстремальные случаи холодных вторжений в Арктике весной 2013 г., идентифицированные по снимкам в видимом диапазоне спектрорадиометров MODIS со спутников Terra и Aqua. Пространственная изменчивость скорости ветра оценивается на основе данных реанализа ERA Interim и результатов обработки данных спутникового микроволнового радиометра AMSR2. Чтобы объяснить наблюдаемую изменчивость скорости ветра в атмосферном пограничном слое (АПС) во время рассматриваемых холодных вторжений, оценивается вклад бароклинности в АПС и экмановского трения в динамику ветрового потока. Оценки выполнены с использованием диагностических соотношений, полученных в рамках модели перемешанного пограничного слоя атмосферы. Показано, что над открытой водой бароклинная составляющая геострофического ветра, обусловленная горизонтальными градиентами температуры воздуха, играет важную роль в формировании пространственной изменчивости скорости ветра во время рассмотренных холодных вторжений.

КУЛИЧКОВ С.Н., КШЕВЕЦКИЙ С.П. — 2015 г.

Анализируются экспериментальные данные вариаций приземного атмосферного давления в области наблюдений грозовых явлений. Получено соотношение, связывающее вариации давления на земле с вариациями температуры в тропосфере, и изучается связь вертикального распределения температуры тропосферы с вариациями давления на земле. Моделируется распространение внутренних гравитационных волн от нагрева атмосферы конденсацией паров воды при образовании конвективного облака. Результаты расчетов показывают, что продолжительность существования внутренних гравитационных волн от нагрева атмосферы при образовании конвективного облака может существенно превышать время существования облака. Показано, что форма возмущения атмосферного давления под конвективным облаком представляет из себя последовательность минимума и максимума вариации давления, причем амплитуда максимума может превышать амплитуду минимума.

ВОЛОДИН Е.М. — 2015 г.

С помощью численных экспериментов с климатической моделью INMCM4 показано, что наблюдаемая десятипроцентная разность концентрации метана в нижней тропосфере между Арктикой и Южным полушарием может быть воспроизведена в климатической модели, в которой учитываются лишь заданное современное пространственное распределение антропогенных эмиссий метана, а также вычисляемые в модели эмиссии из болотных экосистем. При задании дополнительного источника метана в Арктике величиной 50 или 100 Мт в год разность концентраций метана в атмосфере между Арктикой и Южным полушарием получается больше наблюдаемой. Показано, что при введении дополнительного источника метана в Арктике, равного 4000 Мт в год, происходит повышение температуры приземного воздуха в среднем на 1.5 градуса. Пространственное распределение потепления близко к распределению, обусловленному увеличением концентрации углекислого газа, зависит лишь от средней по всей атмосфере концентрации метана и практически не зависит от того, где расположен источник метана.

ЛУЧИНИН А.Г. — 2015 г.

Исследовано влияние обрушений волн на характеристики лидарного эхо-сигнала при зондировании дна из атмосферы при сильных ветрах. Получены соотношения, позволяющие оценить среднестатистические задержку и уширение сигнала с учетом поверхностного волнения, обрушений и многократного рассеяния света в воде. Показано, что обрушения слабо влияют на среднестатистические характеристики в диапазоне скоростей ветра до 20 м/с. Это влияние оказывается существенным в том случае, когда измерение задержки и соответственно определение глубины дна или отражающего объекта производится по времени первого прихода сигнала обратного рассеяния от поверхности воды.

КАЛЛИСТРАТОВА М.А., КУЗНЕЦОВ Д.Д., КУЗНЕЦОВ Р.Д., ЛЮЛЮКИН В.С., ЧУНЧУЗОВ И.П., ШИРОКОВА Г.Ю. — 2015 г.

Начиная с 2008 года, на Звенигородской научной станции Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН проводится непрерывный круглогодичный дистанционный мониторинг параметров атмосферного пограничного слоя с помощью доплеровского акустического локатора (содара) ЛАТАН-3. При визуальном анализе содарных эхограмм, полученных за три года, были обнаружены многочисленные случаи возникновения цугов волнообразных структур в поле интенсивности рассеянного звукового сигнала. Подобные структуры ранее эпизодически наблюдались в данных содарного, радарного и лидарного зондирования. Структуры в виде квазипериодических “наклонных полос”, либо “кошачьих глаз” возникают при устойчивой стратификации и значительных вертикальных сдвигах скорости ветра и являются результатом потери динамической устойчивости воздушного потока. В зарубежной литературе структуры, которые мы называем внутренними гравитационно-сдвиговыми волнами, часто отождествляются с волнами Кельвина–Гельмгольца. В настоящей работе произведена селекция эпизодов волнообразных структур на эхограммах содара ЛАТАН-3, приведены статистические данные о частоте их повторяемости в различные года и сезоны, об их связи со сдвигом скорости ветра и о связи их пространственного периода с толщиной слоя волновой активности. Обсуждаются критерии идентификации гравитационно-сдвиговых волн, метеорологические условия их возбуждения, а также проблемы их натурных наблюдений.

ИБРАЕВ Р.А., КАЛМЫКОВ В.В., УШАКОВ К.В. — 2015 г.

Проведен один из этапов верификации численной модели Мирового океана ИВМ-ИО, заключающийся в расчете модельного океанского климата. Для этого выполнен 500-летний численный эксперимент в постановке, соответствующей протоколу CORE-I. Проанализированы основные элементы крупномасштабной океанской циркуляции. Приводится ряд интегральных и локальных характеристик модельного решения, обозначены проблемы модели и намечены пути их решения. Результаты в целом соответствуют уровню ведущих моделей. Данный эксперимент является необходимым шагом перед переходом к высокоразрешающим диагностическим и прогностическим расчетам состояния Мирового океана и его отдельных бассейнов.

КОСЦОВ В.С. — 2015 г.

Представлен алгоритм одновременного определения профилей температуры и влажности тропосферы, а также водозапаса облаков по наземным измерениям микроволнового излучения, особенностью которого является комплексное использование различных типов измерений и различных видов априорной информации об искомых параметрах. Обсуждаются особенности применения комплексного алгоритма при обработке данных микроволнового радиометра RPG-HATPRO в ходе экспериментов по дистанционному зондированию атмосферы, выполненных на физическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета. Проанализированы результаты сопоставления профилей температуры и влажности, полученных наземным микроволновым дистанционным методом, с данными радиозондов. Показано, что комплексный алгоритм сравним по точности с классическим методом статистической регуляризации при определении профиля температуры, но при определении профиля влажности демонстрирует меньшие погрешности по сравнению с методом статистической регуляризации.

БОНДУР В.Г., ГРЕБЕНЮК Ю.В., САБИНИН К.Д. — 2015 г.

Анализируются данные по течениям у о. Оаху (Гавайи), измеренные с помощью донных акустических профилометров течений, которые были установлены на краю шельфа в заливе Мамала. Изменения амплитуды инерционно-гравитационных волн (ИГВ) сопоставляются с изменениями фоновых низкочастотных течений с помощью специально разработанных показателей изменений величины и направления течений. Установлено, что в случаях локальной генерации ИГВ наблюдается хорошая связь амплитуды волн с изменчивостью фоновых течений, особенно если течения вращаются по часовой стрелке. Такая связь ослабевает в присутствии волн, приходящих от удаленных источников, которыми, в частности, могли быть ИГВ, возбужденные вытекающими из глубоководного диффузора струями сбрасываемых вод. Полученные результаты показывают, что ИГВ могут быть связаны не только с ветровым воздействием, но и непосредственно с любой перестройкой поля течений внутри океана.

МОИСЕЕНКО К.Б., ТОРОПОВ П.А., ШЕСТАКОВА А.А. — 2015 г.

На основе данных наблюдений метеопараметров в ходе зимних экспедиций в 2012–2013 гг. в районе Новороссийска–Геленджика проведен анализ пространственной и временнй изменчивости поля приземного ветра во время эпизодов боры, включая события 27 января и 7 февраля 2012 г., сопровождавшиеся ураганными ветрами на побережье и подветренных склонах Маркотхского хребта. Исследована зависимость скорости ветра от фоновых атмосферных параметров и условий блокирования натекающего потока с наветренной стороны от гор для случаев сильной и слабой боры. Сделаны предположения о волновой природе боры в рассматриваемых эпизодах и преобладающей роли эффекта волнового сопротивления в наблюдавшемся ускорении ветрового потока на подветренном склоне. Эффект частичного блокирования горами натекающего воздушного потока также оказывает влияние на ветровой режим в подветренной области, особенно в окрестностях Геленджика, где высота гор выше, чем в районе Новороссийска. й изменчивости поля приземного ветра во время эпизодов боры, включая события 27 января и 7 февраля 2012 г., сопровождавшиеся ураганными ветрами на побережье и подветренных склонах Маркотхского хребта. Исследована зависимость скорости ветра от фоновых атмосферных параметров и условий блокирования натекающего потока с наветренной стороны от гор для случаев сильной и слабой боры. Сделаны предположения о волновой природе боры в рассматриваемых эпизодах и преобладающей роли эффекта волнового сопротивления в наблюдавшемся ускорении ветрового потока на подветренном склоне. Эффект частичного блокирования горами натекающего воздушного потока также оказывает влияние на ветровой режим в подветренной области, особенно в окрестностях Геленджика, где высота гор выше, чем в районе Новороссийска.

ВАРЛАГИН А.В., ГАНЬШИН А.В., ЖУРАВЛЁВ Р.В., ЛУКЬЯНОВ А.Н., МАКСЮТОВ Ш.Ш. — 2015 г.

Представлена разработанная глобальная лагранжева атмосферная дисперсионная модель – Global Lagrangian Atmospheric Dispersion Model (GLADIM). Ключевой составной частью GLADIM является разработанная ранее глобальная атмосферная траекторная модель, использующая поля метеорологических параметров центров анализа метеорологической информации для расчета траекторий воздушных масс, содержащих малые примеси. Кроме того, GLADIM включает в себя параметризацию турбулентной диффузии и позволяет рассчитывать концентрацию атмосферных трассеров в узлах глобальной регулярной сетки, работая в прямом направлении по времени при заданном источнике. Таким образом, модель может быть использована для прямого моделирования распространения загрязнений (вулканического пепла, радионуклидов и т.д.). Работая в обратном направлении по времени, GLADIM позволяет обнаружить удаленные источники, вносящие основной вклад в концентрацию трассера в точке наблюдения. Это свойство лагранжевых моделей широко используется для анализа наблюдений и обратного моделирования источников эмиссий заданной компоненты. В работе приводится описание модели и результаты ее валидации, полученные сравнением с результатами модели аналогичного класса и данными наблюдений.

ИМХАСИН Х.Х., КИРНЕР О., МАКАРОВ Б.К., МАКАРОВА М.В., ОСИПОВ С.И., ПОБЕРОВСКИЙ А.В., ТИМОФЕЕВ Ю.М. — 2015 г.

Статья посвящена анализу годового хода и долговременного тренда метана в атмосфере для станции Петергоф (СПбГУ) по данным Фурье-спектрометрических измерений и результатов расчетов модели EMAC. Получено, что амплитуда годового хода общего содержания СН4 для экспериментального и модельного массивов данных составляет 2.1% и 1.5% соответственно. Для средней по столбу атмосферы концентрации CH4 амплитуды годового хода меньше, чем для общего содержания, и равны для экспериментальных данных – 1.1%, для модели – 0.6%. Результаты локальных круглосуточных измерений приземных концентраций СН4 показали, что в 2013 г. средние по столбу атмосферы концентрации CH4 и амплитуды суточного хода локальной концентрации СН4 имели единую динамику сезонных изменений. Анализ, проведенный с использованием результатов моделирования выявил, что атмосферные условия, характерные для дней Фурье-спектрометрических измерений, могут приводить к увеличению амплитуды годового хода общего содержания CH4 в два с половиной раза, по сравнению с “истинной”. Фурье-спектрометрические измерения и результаты расчетов модели EMAC показали рост СН4 в атмосфере за 2009–2012 гг. со скоростью 0.2 в год. Добавление данных измерений за 2013 г. приводит к уменьшению значения тренда до 0.13 в год.

АГЕЕВА В.Ю., ГРИШАЕВ М.В., ГРУЗДЕВ А.Н., ЕЛОХОВ А.С. — 2015 г.

По результатам наземных спектрометрических измерений обнаружены значительные отрицательные аномалии стратосферного содержания NO2 в зимне-весенний период 2011 г. на ряде станций Северного полушария. Они сопровождались аномалиями общего содержания озона (ОСО) и стратосферной температуры и были вызваны переносом воздуха из области арктической озонной дыры. Анализ вертикальных профилей NO2 на Звенигородской научной станции показал, что определенный вклад в отрицательные аномалии NO2 2011 г. внесла денитрификация полярной стратосферы в области озонной дыры. Выполнен анализ связи вариаций общего содержания NO2 с вариациями ОСО и температуры в Северном и Южном полушариях в зимне-весенние периоды. Установлено, что она зависит от фазы квазидвухлетней цикличности экваториального стратосферного ветра. Корреляционная связь обычно усиливается, если рассматривать только эпизоды отрицательных аномалий, вызванных переносом стратосферного воздуха из области озонной дыры.

ГЕНЧЕН ВАН, ГОЛИЦЫН Г.С., ГРЕЧКО Е.И., ДЖОЛА А.В., ЕМИЛЕНКО А.С., КОПЕЙКИН В.М., ПУСАЙ ВАН, РАКИТИН В.С., САФРОНОВ А.Н., ФОКЕЕВА Е.В. — 2015 г.

Представлены результаты измерений приземных концентраций субмикронного аэрозоля, сажи и содержания окиси углерода (CO) в толще атмосферы в 1992–2012 гг. в городах Пекин и Москва. Обсуждаются особенности долговременных вариаций исследуемых примесей в этих мегаполисах. Уровень загрязнения всеми тремя примесями в Пекине существенно выше по сравнению с Москвой. С 1992 по 1999 гг. в Пекине наблюдался рост среднемесячных значений концентраций сажи и аэрозоля. Начиная с 2000 г., произошло их существенное уменьшение. С 2007 по 2011 гг. концентрация сажи уменьшалась, а субмикронного аэрозоля – увеличивалась. Городская часть содержания CO Пекина в среднем в 1996–2003 гг. была в 1.4 раза выше, чем в 2006–2012 гг. В Москве в 2006–2012 гг. наблюдалось снижение антропогенной части содержания CO. Высокие концентрации аэрозолей и содержания окиси углерода, сопоставимые с достаточно типичными для Пекина, наблюдались в Москве только в период природных пожаров 2010 г. С использованием статистических методов кластерного анализа обратных траекторий показано, что основные источники загрязнения воздуха Пекина расположены в 100–500 км к югу.

АНДРЕАЕ М.О., ВЛАСЕНКО С.С., МАКАРОВА М.В., МИРОНОВА С.Ю., МИХАЙЛОВ Е.Ф., ПАНОВ А.В., РЫШКЕВИЧ Т.И. — 2015 г.

км) воздушных масс, аккумулирующих загрязнения от крупных городов, расположенных на юге и юго-западе Сибири. В весенне-летний период высокий уровень загрязнений поддерживается за счет региональных лесных пожаров и палов сельскохозяйственных угодий в степной зоне Западной Сибири на границе российско-казахстанского сектора. Фоновые концентрации углеродсодержащей фракции частиц наблюдались в относительно короткие временне интервалы, их суммарная продолжительность составила не более 20% от всего периода наблюдений. В летний сезон вариации фоновых концентраций органического углерода тесно коррелировали с температурой воздуха, что указывает на преимущественно биогенные источники образования органической фракции частиц. е интервалы, их суммарная продолжительность составила не более 20% от всего периода наблюдений. В летний сезон вариации фоновых концентраций органического углерода тесно коррелировали с температурой воздуха, что указывает на преимущественно биогенные источники образования органической фракции частиц.