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

Архив научных статейиз журнала «Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана»

  • ВИХРЕВАЯ ДИНАМИКА ЖИДКОСТИ ВБЛИЗИ ГРАНИЦЫ С ОКРУГЛОЙ ВЫЕМКОЙ

    ИЗРАИЛЬСКИЙ Ю.Г., КОШЕЛЬ К.В., РЫЖОВ Е.А. — 2014 г.

    В рамках модели баротропной невязкой жидкости исследуется движение точечного вихря и ассоциированная динамика жидких частиц вдоль прямолинейной границы с выемкой в форме дуги окружности, моделирующей береговую линию залива. Используя аналитическое выражение для комплексного потенциала, посредством которого определяется поле скорости, показано, что при прохождении вихря вдоль выемки жидкие частицы начинают двигаться нерегулярно за счет нестационарности поля скорости, генерируемого вихрем. Часть таких частиц, изначально находившихся внутри вихревой атмосферы точечного вихря, за счет нерегулярного движения покидают ее, оставаясь в окрестности выемки. В зависимости от начального положения вихря, а также от параметра, определяющего размер выемки, доля таких жидких частиц от изначально равномерно расположенных в вихревой атмосфере может значительно отличаться. Показано, что наиболее эффективный вынос частиц из вихревой атмосферы происходит в случае более закрытой выемки, притом что в начальном положении площадь вихревой атмосферы должна быть значительно меньше площади выемки.

  • ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ ДИФФУЗИЮ ПРИМЕСИ В ПОЛЕ ВЕТРОВЫХ ВОЛН

    ГОЛИЦЫН Г.С., ЧХЕТИАНИ O.Г. — 2014 г.

    В задаче о диффузии примеси на поверхности моря в присутствии ветровых волн показано, что учет вязкости в поле скорости ветровой волны нарушает потенциальный характер течения. Это дает возможность, как показывает моделирование, жидкой частице переходить из одной волны в другую, что и обеспечивает диффузию примеси на водной поверхности. Расстояние между соседними жидкими частицами растет со временем, что также является признаком диффузии. Введение вязкости порядка турбулентной, т.е. в несколько см2, обеспечивает сходимость данных наблюдений к результатам расчетов. Исследование было вызвано тем, что в классической потенциальной теории морского волнения жидкие частицы не выходят за пределы волны, т.е. формально диффузия невозможна.

  • ВЛИЯНИЕ ПОДСЕТОЧНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ХАРАКТЕРИСТИК УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА

    ЕЛИСЕЕВ А.В., СЕРГЕЕВ Д.Е. — 2014 г.

    Блок углеродного цикла глобальной климатической модели, разработанной в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук (КМ ИФА РАН), расширен учетом подсеточной неоднородности (ПН) функциональных типов растительности (ФТР). Учет ПН ФТР приводит к увеличению интенсивности фотосинтеза и запаса углерода в растительности и почве в регионах доминирования травяной растительности и увеличивает значения этих переменных в регионах доминирования древесной растительности. В ряде регионов учет ПН ФТР может приводить к двукратному изменению указанных переменных. Учет ПН ФТР в целом увеличивает (уменьшает) поток углерода в регионах, где он направлен из наземных экосистем в атмосферу (из атмосферы в наземные экосистемы).

  • ВЛИЯНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ АТМОСФЕРЫ И МЕРИДИОНАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ТЕМПЕРАТУРЫ НА РОСТ АМПЛИТУДЫ НЕУСТОЙЧИВЫХ ВОЛН СИНОПТИЧЕСКОГО МАСШТАБА

    СОЛДАТЕНКО С.А. — 2014 г.

    Данные наблюдений и результаты численных экспериментов, полученные с помощью климатических моделей при различных сценариях эмиссии парниковых газов, свидетельствуют о перестройке термического и циркуляционного режима атмосферы, обусловленного глобальными изменениями климата. В частности, в тропических и средних широтах отмечается увеличение статической устойчивости атмосферы, смещение по направлению к полюсам среднеширотных шторм-треков, уменьшение повторяемости внетропических циклонов и изменение их интенсивности. В статье, используя упрощенную идеализированную модель бароклинной неустойчивости, исследуется влияние малых вариаций основных параметров атмосферы, определяющих развитие бароклинной неустойчивости – параметра статической устойчивости и вертикального сдвига скорости квазизональнного потока, обусловленного меридиональным температурным градиентом, – на вариации скорости роста амплитуды неустойчивых волн синоптического масштаба. Получены аналитические выражения для абсолютных и относительных функций чувствительности, которые позволяют оценить абсолютный и относительный вклад вариаций параметра статической устойчивости и вертикального сдвига скорости потока в изменение скорости роста амплитуды неустойчивых мод.

  • ВОЛНЫ ЦУНАМИ СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

    НОСОВ М.А. — 2014 г.

    Обзор отражает современные представления о волнах цунами сейсмического происхождения. Описаны принципы оперативного прогноза и способы регистрации цунами. Изложен традиционный подход к описанию генерации цунами землетрясением, проанализированы его недостатки. Выделены основные и вторичные эффекты, ответственные за формирование волн подводными землетрясениями. Описаны существующие численные модели динамики цунами.

  • ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СЕЗОННЫХ АНОМАЛИЙ АТМОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ПРИ ПОМОЩИ СОВМЕСТНОЙ МОДЕЛИ АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА

    ГУСЕВ А.В., ДИАНСКИЙ Н.А., КИКТЕВ Д.Б., ТОЛСТЫХ М.А. — 2014 г.

    Создана совместная модель атмосферы и океана, ориентированная на воспроизведение совместной циркуляции на временнх масштабах до сезона. Полулагранжева модель общей циркуляции атмосферы Гидрометцентра России ПЛАВ соединена с сигма-моделью общей циркуляции океана ИВМ РАН INMOM. С помощью совместной модели выполнены численные эксперименты по ансамблевому моделированию циркуляции атмосферы и океана длительностью 4 месяца каждый по реальным начальным данным для всех сезонов годового цикла в период 1989–2010 гг. Результаты этих экспериментов сравнивались с результатами модели ПЛАВ с простой эволюцией температуры поверхности океана. Проведенный сравнительный анализ показал перспективность применения совместной модели для прогнозирования среднесезонных аномалий атмосферной циркуляции. На примере явления Эль-Ниньо 1997–1998 гг. показано, что совместная модель дает существенно лучший прогноз среднесезонных аномалий в периоды нестационарных фаз Эль-Ниньо. х масштабах до сезона. Полулагранжева модель общей циркуляции атмосферы Гидрометцентра России ПЛАВ соединена с сигма-моделью общей циркуляции океана ИВМ РАН INMOM. С помощью совместной модели выполнены численные эксперименты по ансамблевому моделированию циркуляции атмосферы и океана длительностью 4 месяца каждый по реальным начальным данным для всех сезонов годового цикла в период 1989–2010 гг. Результаты этих экспериментов сравнивались с результатами модели ПЛАВ с простой эволюцией температуры поверхности океана. Проведенный сравнительный анализ показал перспективность применения совместной модели для прогнозирования среднесезонных аномалий атмосферной циркуляции. На примере явления Эль-Ниньо 1997–1998 гг. показано, что совместная модель дает существенно лучший прогноз среднесезонных аномалий в периоды нестационарных фаз Эль-Ниньо.

  • ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЦИРКУЛЯЦИИ МИРОВОГО ОКЕАНА И ЕЕ КЛИМАТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В 1948–2007 ГГ

    ГУСЕВ А.В., ДИАНСКИЙ Н.А. — 2014 г.

    Представлены результаты воспроизведения глобальной циркуляции океана и ее межгодовой изменчивости за период 1948–2007 гг. с помощью сигма-модели общей циркуляции океана ИВМ РАН – INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model). Одна из версий этой модели применяется также и для расчетов циркуляции Черного моря. Для задания реалистичного атмосферного воздействия использовались данные CORE. Показано существенное уменьшение к 2007 г. площади морского льда в Северном Ледовитом океане, согласующееся с данными наблюдений. Выявлена междекадная климатическая изменчивость с заметным падением с конца 1990-х гг. интенсивности Атлантической термохалинной циркуляции (АТХЦ) и меридионального переноса тепла (МПТ) в Северной Атлантике (СА). МПТ показывает уменьшение поступления тепла из СА в атмосферу начиная с середины 1990-х гг. Таким образом, обнаружена отрицательная обратная связь в климатической системе Земли, направленная на уменьшение потепления климата, вызванного в последние десятилетия в основном антропогенным фактором. Выявлена также долгопериодная – около 60 лет – изменчивость АТХЦ, которая с задержкой около 10 лет влияет на термическое состояние поверхности СА. Обосновывается предположение, что этот механизм может делать вклад в формирование собственной долгопериодной изменчивости АТХЦ.

  • ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АЭРОЗОЛЬНОЙ АТМОСФЕРЫ И ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ПУТЕМ СОВМЕСТНОЙ ОБРАБОТКИ РАЗЛИЧНОЙ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

    ЗЕГЕ Э.П., ИВАНОВ А.П., КАЦЕВ И.Л., ПРИХАЧ А.С. — 2014 г.

    Описаны разработанные методы и алгоритмы оперативного восстановления оптических характеристик аэрозольной атмосферы и подстилающей поверхности по данным многоспектрального спутникового прибора (МСП). Предложена и описана процедура совместной обработки данных МСП и спутниковых многозональных съемочных систем (МСС) с целью восстановления альбедо поверхности Земли с высоким пространственным разрешением. В этом случае по данным МСП в видимом диапазоне 400–700 нм восстанавливаются спектральные оптические характеристики аэрозольной атмосферы. По этим результатам рассчитываются передаточные функции атмосферы в спектральных каналах МСС высокого пространственного разрешения и проводится атмосферная коррекция данных МСС. Выполнена оценка точности определения альбедо подстилающей поверхности в спектральных каналах МСС высокого пространственного разрешения.

  • ВЫМЫВАНИЕ ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ПРОИЗВОЛЬНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА В ПОДОБЛАЧНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

    ПИСКУНОВ В.Н., ЦАПЛИН Д.В. — 2014 г.

    Рассмотрен процесс вымывания газовых примесей в подоблачном слое с учетом испарения примеси из капель и процессов атмосферной турбулентной диффузии. Для решения этой задачи использован метод расщепления по физическим процессам, в котором динамика вымывания примеси рассматривается отдельно – на фоне атмосферной диффузии и переноса. Тем самым данные процессы создают в подоблачном слое динамический фоновый источник примеси. Получено общее решение уравнений кинетики вымывания для источника с произвольным фоновым распределением. Анализ этого решения выполнен для двух предельных случаев: медленно и быстро меняющихся со временем источников (по сравнению с процессом вымывания). Представлены результаты иллюстративных расчетов, а также приведены практические рекомендации по вычислению скорости вымывания для численных комплексов.

  • ГЕНЕРАЦИЯ ВНУТРЕННИХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН ВИХРЕВЫМИ ВОЗМУЩЕНИЯМИ В СДВИГОВОМ ПОТОКЕ

    КАЛАШНИК М.В. — 2014 г.

    Исследован механизм генерации внутренних гравитационных волн вихревыми возмущениями в горизонтальном потоке с вертикальным сдвигом. Предполагается, что сдвиговый поток локализован в пограничном слое атмосферы с нейтральной стратификацией, над которым расположен полуограниченный стратифицированный слой, движущийся с постоянной скоростью. Показано, что распространение вихревых возмущений в пограничном слое неизбежно сопровождается генерацией волн. На основе линеаризованной системы уравнений гидродинамики получено интегро-дифференциальное уравнение для волновой амплитуды, позволяющее найти характеристики волн. Изучено волновое поле, возбуждаемое вихревым возмущением с начальным сингулярным распределением завихренности. Получены численные оценки вертикального компонента вектора плотности потока энергии, характеризующего перенос энергии волнами в верхние слои атмосферы.

  • ДВУМЕРНАЯ МОДЕЛЬ АППРОКСИМАНТА КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ФУНКЦИЙ АНИЗОТРОПНЫХ ПОЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ

    АЛЁХИН С.Г., СУВОРОВ С.С., ШЕМЕЛОВ В.А. — 2014 г.

    При статистическом описании полей параметров атмосферы обычно исходят из предположения об их однородности и изотропности. В рамках такого предположения о статистической структуре полей параметров атмосферы в настоящее время получено достаточно много одномерных моделей аппроксимантов корреляционных функций этих полей. Однако не все поля параметров атмосферы в полной мере можно считать однородными и изотропными. В данной статье исследуются анизотропность полей температуры и ветра в зональном и меридиональном направлениях, получены количественные оценки их анизотропии. В статье предложена двумерная модель аппроксиманта корреляционной функции полей параметров атмосферы, учитывающая эффект анизотропии в зональном и меридиональном направлениях. Проведены расчеты точности интерполяции геопотенциальной высоты различных изобарических поверхностей с использованием одной из существующих одномерных моделей аппроксиманта корреляционной функции полей параметров атмосферы и предложенной двумерной. Получены оценки, свидетельствующие об увеличении точности интерполяции, при использовании предложенной в статье двумерной модели аппроксиманта корреляционной функции за счет более адекватного учета в предложенной модели морфологии полей параметров атмосферы.

  • ЗАВИСИМОСТЬ ИНТЕНСИВНОСТИ ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОНА ОТ ДИНАМИКИ СКОРОСТИ ВЕТРА НА НАЧАЛЬНОМ ЭТАПЕ ЕГО РАЗВИТИЯ

    ЯРОШЕВИЧ М.И. — 2014 г.

    DOI: 10.7868/S0002351514020138 Список литературы

  • ЗОНАЛЬНЫЕ ПОТОКИ, ВОЛНЫ РОССБИ И ПЕРЕНОС ВИХРЕЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ С ВРАЩАЮЩИМСЯ КОЛЬЦЕВЫМ КАНАЛОМ

    ГЛЕДЗЕР A.E., ГЛЕДЗЕР E.Б., ХАПАЕВ А.А., ЧЕРНОУСЬКО Ю.Л. — 2014 г.

    Рассмотрены результаты экспериментов для течений, генерируемых различными источниками-стоками массы во вращающемся кольцевом канале с моделированием бета-эффекта с помощью наклонного дна. В параметрах безразмерных угловой скорости осредненого по ширине канала зонального потока и угловой скорости переноса представлены диаграммы режимов вихревых возмущений циклонического и антициклонического типов. В экспериментах и простейших линейных теориях основное внимание уделено областям диаграмм с медленным относительно вращающейся системы координат движением вихрей вблизи параметров для стационарных волн Россби.

  • ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЦУНАМИ 2009–2011 ГГ. НА ТИХООКЕАНСКОМ ПОБЕРЕЖЬЕ РОССИИ

    ИВЕЛЬСКАЯ Т.Н., ЛОСКУТОВ А.В., ШЕВЧЕНКО Г.В. — 2014 г.

    Описано развитие сети автономных донных станций Института морской геологии и геофизики ДВО РАН (ИМГиГ) и телеметрических регистраторов уровня моря Службы предупреждения о цунами (СПЦ) на тихоокеанском побережье России, начиная с 2008 г. Показана важность подобных инструментальных измерений для оперативного прогноза опасности цунами и апостериорного изучения особенностей их проявления. Рассмотрены характеристики Самоанского (2009 г.), Чилийского (2010 г.) и Тохоку (2011 г.) цунами на различных участках побережья Дальневосточного региона России.

  • ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ХОЛОДНОГО ПРОМЕЖУТОЧНОГО СЛОЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РЕАНАЛИЗА ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ЧЕРНОГО МОРЯ ЗА 1971–1993 ГГ

    КНЫШ В.В., КОРОТАЕВ Г.К., КУБРЯКОВ А.И. — 2014 г.

    На основе реанализа гидрофизических полей за период 1971–1993 гг. исследуются механизмы формирования холодного промежуточного слоя (ХПС): адвективный – связанный с адвекцией холодных вод, формирующихся на северо-западном шельфе, и конвективный – обусловленный зимней конвекцией внутри циклонических круговоротов в центральной части моря. Рассматриваются периоды чередования атмосферного воздействия: аномально теплой зимы 1980–1981 гг., нормальной зимы 1987–1988 гг. и холодной зимы 1992–1993 гг. Выявлены межгодовые особенности пополнения и обновления вод “старого” ХПС, обусловленные этими механизмами. В частности, охлажденные шельфовые воды аномально теплой зимой 1980–1981 гг. опускаются вдоль материкового склона и сливаются с водами “старого” ХПС более, чем на месяц позже по сравнению с холодной зимой 1992–1993 гг., и более, чем на три недели позже, чем нормальной зимой 1987–1988 гг. Севастопольский антициклонический вихрь и северо-западная ветвь Основного черноморского течения оказывают заметное влияние на трансформацию захватываемых холодных вод СЗШ, транспортируемых на юго-запад и в центральную часть бассейна. Выявлено, что процесс локального формирования холодных промежуточных вод обусловлен зимней проникающей конвекцией над куполообразными изоповерхностями температуры, солености и плотности, возникающими вследствие подъема постоянного галоклина (пикноклина) в центрах циклонических круговоротов из-за интенсификации зимней циркуляции. Аномально холодная поверхностная вода, имея повышенную плотность, постепенно заглубляется. Анализ TS – индексов свидетельствует о том, что трансформированная холодная вода с течением времени растекается по изопикническим поверхностям, вовлекаясь в циклоническую циркуляцию и распространяясь по всему морю, обновляя воды “старого” ХПС.

  • КОРОТКОПЕРИОДНЫЕ СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ АТМОСФЕРЫ

    БЕЛЯЕВ Т.М., ШВЕД Г.М. — 2014 г.

    Впервые рассчитаны частоты гравитационно-инерционных собственных колебаний атмосферы (СКА) в диапазоне периодов ч. Расчет проводился в рамках классической линейной теории планетарных волн. СКА с одинаковой суммой зонального числа и меридионального индекса тесно сгруппированы в частотных интервалах, разделенных интервалами, где СКА нет. С ростом указанной суммы длина последних интервалов возрастает за счет уменьшения длины первых. Частотное распределение колебаний атмосферы, наблюдаемое в рассматриваемом диапазоне периодов, показывает периодичность с теоретически предсказуемым периодом мкГц, что подтверждает реальность короткопериодных СКА.

  • ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАТУХАНИЯ ГРАВИТАЦИОННО-КАПИЛЛЯРНЫХ ВОЛН НА ПОВЕРХНОСТИ ТУРБУЛИЗОВАННОЙ ЖИДКОСТИ

    ЕРМАКОВ С.А., КАПУСТИН И.А., ШОМИНА О.В. — 2014 г.

    Исследование затухания гравитационно-капиллярных волн (ГКВ) в присутствии турбулентности является классической гидродинамической задачей, имеющей важные геофизические приложения, одно из которых связано с проблемой формирования радиолокационного и оптического изображения следа надводного судна на взволнованной водной поверхности. В настоящей работе описан новый метод лабораторного исследования затухания поверхностных волн в турбулизованной жидкости и представлены полученные с его помощью результаты. Изучалось гашение турбулентностью стоячих ГКВ на поверхности воды в кювете, установленной на вибростенде. Для возбуждения ГКВ и турбулентности использовался двухчастотный режим колебаний вибростенда, при этом высокочастотный сигнал малой амплитуды использовался для параметрического возбуждения ГКВ, а низкочастотный сигнал большой амплитуды – для генерации турбулентности при обтекании погруженной в кювету неподвижной перфорированной пластины. Коэффициент затухания ГКВ определялся по порогу их параметрического возбуждения, а характеристики турбулентности – с использованием методик PIV и PTV. Получены зависимости коэффициентов затухания ГКВ от их частоты при различной интенсивности турбулентности, даны оценки величины турбулентной вязкости и проведено сравнение с ранее предложенными эмпирическими моделями.

  • ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗВЕСЕНЕСУЩИХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ПОТОКОВ ПРИ АКТИВНОМ ВЗМУЧИВАНИИ ДОННЫХ ОСАДКОВ

    ЖМУР В.В., ЗАВЬЯЛОВ И.Н. — 2014 г.

    В данной работе изучались особенности распространения гравитационных взвесенесущих потоков вдоль наклонного дна, при условии интенсивного вовлечения в движение донных осадков. В ходе данной работы было установлено, что скорость распространения подобного потока остается постоянной, а головная часть сохраняет размеры и избыточную массу вовлеченной твердой фракции. Была предложена гипотеза о том, что скатывающая сила тяжести, действующая на поток, компенсируется антиреактивной силой, связанной с вовлечением в движение донных осадков, лобовым сопротивлением и трением о дно. Основной силой сопротивления в экспериментах являлась антиреактивная сила сопротивления.

  • ЛАГРАНЖЕВЫ ФРОНТЫ В ОКЕАНЕ

    БУДЯНСКИЙ М.В., ПРАНЦ С.В., УЛЕЙСКИЙ М.Ю. — 2014 г.

    Вводится понятие лагранжевых фронтов (ЛФ) в океане, описывается их значение для анализа перемешивания и переноса вод, специфика и отличия от гидрологических фронтов. Предлагается метод расчета ЛФ в заданном поле скорости. На основе альтиметрических полей скорости по данным AVISO в северо-западной части Тихого океана рассчитываются лагранжевы синоптические карты и идентифицируются ЛФ различного пространственного и временнго масштаба. На основе статистического анализа уловов сайры в различные годы по данным Госкомрыболовства показано, что ЛФ могут служить хорошими индикаторами мест, благоприятных для рыбного промысла. го масштаба. На основе статистического анализа уловов сайры в различные годы по данным Госкомрыболовства показано, что ЛФ могут служить хорошими индикаторами мест, благоприятных для рыбного промысла.

  • ЛИДАРНОЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ ОБЛАСТЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ЯСНОГО НЕБА

    ГУРВИЧ А.С. — 2014 г.

    Показана возможность лидарного позиционирования областей повышенной турбулентности ясного неба (ТЯН). Индикатором турбулентности являются порожденные ею флуктуации плотности воздуха. Рассмотрена схема с лидаром, основанном на использовании эффекта усиления обратного рассеяния (УОР) света в турбулентной среде. Для получения устойчивого решения задачи позиционирования применен метод статистической регуляризации. На моделях показано, что с помощью такого лидара могут быть обнаружены области ТЯН, могущие представить опасность для полетов гражданской авиации.