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

ЯРОШЕВИЧ М. И. — 2013 г.

Сопоставляются пространственные распределения начал и самых интенсивных этапов тропических циклонов северо-западной части Тихого океана со значениями аномалий силы тяжести в зоне действия циклонов. Рассматривается возможное влияние аномалий силы тяжести на ураганы, вышедшие на сушу в районах Мексиканского залива и юго-восточной части Китая. Показана обратная формальная связь между некоторыми характеристиками интенсивности тропических циклонов и осредненными по пространству значениями аномалий силы тяжести. Высказывается предположение, что аномалии силы тяжести могут рассматриваться в качестве фактора, в определенной мере влияющего на жизненный цикл тропического циклона.

ГОЛИКОВА Е. В., КУЛИЧКОВ С. Н. — 2013 г.

Исследовано проявление нелинейных эффектов в инфразвуковых сигналах, соответствующих прохождению различных высотных уровней в атмосфере и зарегистрированных в области геометрической тени. Источником инфразвука был наземный взрыв с энергией 20–70 т. тнт. Значения частот максимумов спектра инфразвуковых сигналов, соответствующих отражениям акустического импульса от атмосферных неоднородностей на различных высотных уровнях в слое стратосфера–мезосфера–нижняя термосфера были рассчитаны методом нелинейной теории. Получено удовлетворительное согласие между данными эксперимента и расчетными данными.

КАЛАШНИК М. В. — 2013 г.

В приближении геометрической оптики (лучевая теория) исследован процесс распространения и захвата пакетов инерционно-гравитационных волн в сдвиговых океанических течениях. Показано, что при сильной устойчивой стратификации захват происходит в области антициклонического (горизонтального) сдвига скорости, в узком интервале частот, лежащeм левее инерционной частоты. Вне этого интервала реализуется либо режим отражения пакета (луча) от слоя циклонического сдвига, либо режим свободного прохождения через сдвиговый слой. Представлен качественный анализ основных уравнений лучевой теории, получены аналитические выражения для свободных и захваченных лучей. Исследовано также влияние вертикального сдвига скорости на поведение лучей. Показано, что при убывающем с глубиной профиле скорости происходит двумерная (вертикальная) фокусировка лучей, при которой они концентрируются вдоль определенной широты.

ДИАНСКИЙ Н.А., ЖОХОВА Н.В., КОРШЕНКО А.Н., ФОМИН В.В. — 2013 г.

Предложена методика расчета распространения загрязняющих веществ (ЗВ) на прилегающей к Большому Сочи (БС) акватории Черного моря (ЧМ). Она основана на применении гидродинамической модели INMOM (Institute Numerical Mathematics Ocean Model), реализованной для всей акватории ЧМ в двух версиях М1 и М2. В первой используется равномерное пространственное разрешение модели с шагом 4 км, а в М2 – неравномерное, с уменьшением шага до 50 м в акватории БС. Версия М2 используется только в периоды расчета переноса ЗВ, для которого начальное гидротермодинамическое состояние задается из М1. Обе версии отражают сложный характер циркуляции ЧМ, однако М2 более адекватно воспроизводит вихревую циркуляцию в его восточной части, где горизонтальное разрешение М2 выше. Отсюда сделан вывод, что для воспроизведения вихревой структуры циркуляции ЧМ необходимо разрешение модели порядка 1.5 км, а основной фактор формирования квазистационарного Батумского антициклонального вихря – топографические особенности в этой части моря. Расчет распространения ЗВ из р. Сочи, Хоста и Мзымта и из 18-ти труб глубоководных выпусков сточных вод проводился для периода половодья с 01.04.2007 г. по 30.04.2007 г. Показано, что большой вклад в распространение ЗВ от этих точечных источников осуществляют вихревые мезомасштабные образования, которые формируют сложную трехмерную структуру распространения ЗВ.

ПОЛНИКОВ В.Г. — 2013 г.

В работе сформулированы самые общие принципы верификации моделей динамического приводного слоя (ДПСА) и выполнена расширенная верификация модели, предложенной автором ранее [6]. На базе использования полуэмпирических спектров волнения по работам Донелана [15], Элфаули [14] и Кудрявцева [3], и известных эмпирических закономерностей, описывающих зависимость коэффициента трения от возраста волн, была проведена корректировка первоначальной версии модели. Показано, что наибольшее значение в повышении достоверности модели ДПСА имеет адекватная параметризация тангенциальной части полного потока импульса к взволнованной поверхности. Затем новая версия модели была верифицирована на базе натурных данных двух различных групп авторов. Установлено, что новая версия модели соответствует эмпирическим данным с ошибкой, не превышающей ошибку измерений параметров приводного слоя.

ТИМОФЕЕВ Ю. М., ШУЛЬГИНА Е. М. — 2013 г.

Краткий обзор, подготовленный Российской комиссией по атмосферной радиации, содержит наиболее значимые результаты работ в области исследований атмосферной радиации, выполненных в 2007–2010 гг. Он является частью Национального отчета России по метеорологии и атмосферным наукам, подготовленного для Международной ассоциации по метеорологии и атмосферным наукам (IAMAS). За истекший период Российская комиссия по атмосферной радиации совместно с заинтересованными ведомствами и организациями провела конференцию “Физика и образование”, посвященную 75-летнему юбилею кафедры физики СПбГУ (2007), Международный симпозиум стран СНГ “Атмосферная радиация и динамика” (2009) и 5-ю Международную конференцию “Атмосферная физика, климат и окружающая среда” (2010). На конференциях обсуждались актуальные проблемы современной физики атмосферы – перенос излучения и атмосферная оптика, парниковые газы, облака и аэрозоли, дистанционные методы измерений, новые данные наблюдений. В настоящем обзоре представлены пять направлений, охватывающих весь спектр исследований, проводимых в области атмосферной радиации.

МОХОВ И.И., СИТНОВ С.А. — 2013 г.

Исследуется содержание водяного пара (ВП) в атмосфере над европейской территорией России (ЕТР) в период пожаров в июле–августе 2010 г. с привлечением спутниковых данных MODIS, данных аэрологического радиозондирования и NCEP/NCAR реанализа. Распределение над ЕТР общего содержания ВП в рассматриваемый период было аномальным, с избытком ВП на севере территории и его дефицитом на юге. Анализируется связь изменений ВП с динамикой атмосферы и пожарами. Наряду с процессами адвекции и испарения влаги оценивается роль процессов эмиссии ВП при горении в формировании пространственно-временнй изменчивости ВП над ЕТР летом 2010 г. Исследуется широтная зависимость высотных изменений ВП над ЕТР. Приводятся результаты сравнительного анализа содержания ВП в периоды летних блокингов 1972 и 2010 гг. Проводится сравнение спутниковых данных MODIS (L3) с данными аэрологического радиозондирования в период пожаров. й изменчивости ВП над ЕТР летом 2010 г. Исследуется широтная зависимость высотных изменений ВП над ЕТР. Приводятся результаты сравнительного анализа содержания ВП в периоды летних блокингов 1972 и 2010 гг. Проводится сравнение спутниковых данных MODIS (L3) с данными аэрологического радиозондирования в период пожаров.

ГЕНИХОВИЧ Е.Л., КАРОЛЬ И.Л., КИСЕЛЕВ А.А., ЧИЧЕРИН С.С. — 2013 г.

Обзор посвящен современному состоянию исследований ряда атмосферных составляющих (парниковых газов и аэрозолей), имеющих непродолжительное (от нескольких суток до нескольких лет) “время жизни” и способных оказывать заметное воздействие на окружающую среду и климат. Сокращение эмиссии этих составляющих предлагается как альтернатива сокращению антропогенных выбросов углекислого газа. Рассматриваются метан, гидрофторуглероды, тропосферный озон и различные аэрозоли (в первую очередь, черный углерод). В обзоре обсуждаются источники и механизмы разрушения этих веществ в атмосфере, приводятся оценки их содержания, эмиссии в атмосферу и воздействия на климат планеты, а также рекомендации, какие акции целесообразны в ближайшем будущем.

АРЕФЬЕВ В. Н., КАШИН Ф. В., ОРОЗАЛИЕВ М. Д., СИЗОВ Н. И., СИНЯКОВ В. П., СОРОКИНА Л. И. — 2013 г.

0.02) атм. · см в год. Максимумы и минимумы сезонных вариаций чаще всего приходятся соответственно на февраль и сентябрь. Средняя полная амплитуда изменений содержания СО в годовом цикле составляет около 50% от среднего значения. Фурье-анализ выявил составные колебания вариаций СО с периодами от 3 до 84 месяцев. Простая статистическая модель удовлетворительно описывает временне изменения содержания СО в толще атмосферы. Результаты измерений содержания СО в толще атмосферы сопоставлены с данными измерений СО в пробах приземного воздуха на станциях Глобальной службы атмосферы. е изменения содержания СО в толще атмосферы. Результаты измерений содержания СО в толще атмосферы сопоставлены с данными измерений СО в пробах приземного воздуха на станциях Глобальной службы атмосферы.

ГОЛУБЯТНИКОВ Л. Л., ЕЛИСЕЕВ А. В., МОХОВ И. И. — 2013 г.

Представлен обзор исследований цикла азота в земной климатической системе, особый акцент сделан на биосферном цикле азота. Описаны подходы к моделированию биогеохимического круговорота азота. Исключение азотного цикла из рассмотрения при анализе вероятных последствий изменения климата может приводить к неточным оценкам отклика экосистем, в частности для регионов, в которых минеральные соединения почвенного азота являются лимитирующим фактором для развития растительного покрова. Численные эксперименты с климатическими моделями свидетельствуют о существенном влиянии круговорота азота на обратную связь между климатическими характеристиками и циклом углерода. Модели совместной динамики углерода и азота позволяют получить реалистичные оценки современных запасов и потоков этих элементов в экосистемах, а также оценить их изменения при возможных климатических изменениях.

ГУСЕВ А.В., ЗАЛЕСНЫЙ В.Б., МОШОНКИН С.Н. — 2013 г.

Представляется численная модель гидродинамики Черного и Азовского морей, основанная на системе примитивных уравнений в -координатах. Модель имеет разрешение 4 ? 4 км по горизонтальным координатам, 40 -уровней по вертикали и включает четырехмерную вариационную инициализацию полей температуры и солености. Численный алгоритм инициализации основан на комбинации методов расщепления и сопряженных уравнений. Проведены расчеты полей течений, уровня моря, температуры и солености при заданном атмосферном воздействии за 2008 г. Расчеты проведены в режиме “вариационная инициализация – прогноз”. В начале каждого месяца производится инициализация полей температуры и солености. Система оптимальности включает линеаризованные на интервале ассимиляции прямые и сопряженные уравнения переноса-диффузии тепла и соли. Обсуждаются результаты трех численных экспериментов с разными массивами ассимилируемых данных в сравнении с прогностическим расчетом прямой модели.

ЕФИМОВ В. В., ЯРОВАЯ Д. А. — 2013 г.

Рассматриваются квазидвумерные сильно затухающие мезомасштабные атмосферные вихри, образующиеся над Черным морем вблизи Крымского и Кавказского побережий. На примере крымского вихря по результатам численного моделирования определена структура и параметры вихря, оценены скорости затухания кинетической энергии и энстрофии. Помимо крупномасштабной вторичной циркуляции, развивающейся в вихре, рассмотрена также мелкомасштабная вторичная циркуляция, обусловленная возникновением конвекции Релея–Бенара.

ГАВРИЛОВ Н.М., КОВАЛЬ А.В., ПОГОРЕЛЬЦЕВ А.И., САВЕНКОВА Е.Н. — 2013 г.

Разработанная авторами параметризация динамического и теплового воздействия стационарных орографических волн (СОВ), генерируемых рельефом земной поверхности, включена в модель общей циркуляции средней и верхней атмосферы. Исследована чувствительность общей циркуляции атмосферы на высотах от тропосферы до термосферы к воздействию СОВ, распространяющихся из тропосферы. Рассмотрены изменения циркуляции атмосферы при изменениях условий генерации и распространения СОВ в разные сезоны. Показано, что в периоды солнцестояний СОВ оказывают основное динамическое и тепловое воздействие на среднюю атмосферу зимних полушарий, где изменения скорости зональной циркуляции, вызываемые СОВ, могут достигать 30%. В периоды равноденствий воздействие СОВ распределено более равномерно между Северным и Южным полушариями, а относительные изменения скорости зональной циркуляции средней атмосферы могут составлять 10%.

ДЕМЫШЕВ С.Г., ДЫМОВА О.А. — 2013 г.

Представлен анализ результатов моделирования гидрофизических полей Черного моря с разрешением 1.64 ? 1.64 км в период январь–сентябрь 2006 г. с использованием реального атмосферного воздействия. Вертикальный турбулентный обмен импульсом и вертикальная турбулентная диффузия тепла и соли параметризуются на основе теории Меллора–Ямады 2.5. Результаты численного эксперимента сравнивались с аналогичными данными, полученными с горизонтальным разрешением 5 км. Приведены особенности мезомасштабной и субмезомасштабной динамики вод для отдельных районов моря. Исследованы возможные физические механизмы формирования мезо- и субмезомасштабных вихрей на основе энергетического анализа. Показано, что при отсутствии значительной ветровой активности основной вклад в кинетическую энергию дает работа силы плавучести, а неоднородность в поле ветра приводит к существенным изменениям полной вертикальной вязкости и полной вертикальной диффузии.

ДРОФА А. С., ЕРАНЬКОВ В. Г., ИВАНОВ В. Н., ШИЛИН А. Г., ЯСКЕВИЧ Г. Ф. — 2013 г.

Приводятся результаты экспериментальных исследований воздействия полидисперсными солевыми порошками на модельные облачные среды. Результаты экспериментов показали значительный положительный эффект воздействия солевыми порошками на конвективные облака с целью получения дополнительных осадков. Ввод полидисперсного солевого порошка в формирующуюся облачную среду приводит к появлению дополнительных крупных облачных капель и к уширению спектра капель. Этот результат является положительным фактором для стимулирования коагуляционных процессов в облаках и дальнейшего образования осадков. При весьма высоких массовых концентрациях вводимого порошка не наблюдается явления “перезасева”, при котором вместо укрупнения капель происходит уменьшение их размеров и увеличение концентрации облачных капель.

БЕЛЯЕВА М. В., ДРОФА А. С., ИВАНОВ В. Н. — 2013 г.

На основе численного моделирования проведена сравнительная оценка эффективности гигроскопических реагентов для воздействия на конвективные облака с целью получения дополнительных осадков. Показано, что использование полидисперсных солевых порошков по сравнению с другими известными гигроскопическими реагентами имеет значительные преимущества. Эффект воздействия солевыми порошками проявляется при массовых концентрациях гигроскопических частиц на порядок меньше, чем при использовании пиротехнических шашек. При воздействии солевыми порошками могут быть получены осадки из теплых конвективных облаков умеренной мощности, из которых обычно осадки не выпадают. При этом не проявляется эффект “перезасева” облаков, который может наблюдаться при воздействии гигроскопическими реагентами с узкими распределениями частиц по размерам.

АРЖАНОВ М. М., ЕЛИСЕЕВ А. В., КЛИМЕНКО В. В., МОХОВ И. И., ТЕРЁШИН А. Г. — 2012 г.

Получены оценки возможных изменений климатических характеристик в Северном полушарии в XXI веке с использованием климатической модели (КМ) ИФА РАН при различных сценариях изменения содержания парниковых газов и аэрозолей в атмосфере, в том числе сформированных в ИФА РАН на основе сценариев эмиссий SRES (группа сценариев I) и МЭИ (группа сценариев II). Глобальное среднегодовое потепление у поверхности в течение XXI века составляет 1.2°–2.6°С при сценариях I и 0.9°–1.2°С при сценариях II. Для всех сценариев II, начиная с 60-х гг. XXI века, наблюдается уменьшение скорости роста среднегодовой глобальной приповерхностной температуры. Для обеих групп сценариев получена сходная пространственная структура изменений среднегодовой приповерхностной температуры в XXI веке с меньшими абсолютными значениями при сценариях II. При сценариях I среднегодовая приповерхностная температура внетропических широт увеличивается в XXI веке на 3°–7°С в Северной Америке и на 3°–5°С в Евразии. При сценариях II приповерхностная температура увеличивается на 2°–4°С в Северной Америке и на 2°–3°С в Евразии. Для обеих групп сценариев отмечен общий рост осадков к концу XXI века, наиболее значительный над сушей Северного полушария. Общая площадь приповерхностных многолетнемерзлых грунтов суши Северного полушария к концу XXI века сокращается до 3.9–9.5 млн. км2 при сценариях I и до 9.7–11.0 млн. км2 при сценариях II. Уменьшение площади приповерхностных многолетнемерзлых грунтов к 2091–2100 гг. века относительно 2001–2010 гг. составляет примерно 65% при сценариях I и 40% при сценариях II. Характерные значения глубин сезонного протаивания к концу XXI века в регионах, где сохраняются приповерхностные многолетнемерзлые грунты в Восточной Сибири, составляют 0.5–2.5 м при сценариях I и 1–2 м при сценариях II. В Западной Сибири при сценариях I и II значения глубин сезонного протаивания составляют 1–2 м.

ПЕЛИНОВСКИЙ Е. Н., ПЕТРУХИН Н. С., ТАЛИПОВА Т. Г. — 2012 г.

В рамках линейной теории волн в сжимаемой атмосфере, находящейся в поле тяжести, найдено семейство профилей скорости звука, при котором волновое поле может быть представлено бегущей волной так, что отражение отсутствует. Вертикальный поток волновой энергии на таких безотражательных профилях сохраняется, что доказывает возможность переноса энергии на большие расстояния.

БОРОДИН О. О., ВУЛЬФСОН А. Н. — 2012 г.

В исследовании рассмотрен статистический механизм формирования функций распределения термиков по пульсациям температуры. В рамках предложенного подхода, использующего вариационный метод Больцмана–Джейниса, статистический ансамбль конвективных термиков характеризуется классом стационарных плотностей распределения, зависящих от пульсаций температуры. При этом предполагается, что плотности вероятности функций этого класса могут зависеть как от потенциальной энергии, так и от доступной потенциальной энергии. На классе стационарных функций распределения задается функционал энтропии, представляющий аналог известной Н – энтропии Больцмана. Равновесные распределения термиков по пульсациям температуры соответствуют наиболее вероятным распределениям, реализующим максимум функционала энтропии. Построенные вариационным методом экспоненциальное и нормальное распределения термиков по пульсациям температуры вполне приемлемо аппроксимируют как данные натурных атмосферных наблюдений, так и результаты лабораторного моделирования.

КОЗЛЕНКО С. С., КУРТС Ю., МОХОВ И. И., НАКОНЕЧНЫЙ П. И., СМИРНОВ Д. А. — 2012 г.

Проведен анализ взаимосвязи явлений Эль-Ниньо/Южное колебание (ЭНЮК) и Индийского муссона с использованием кросс-вейвлетного анализа и оценки причинности по Грейнджеру по эмпирическим данным за период 1871–2003 гг. Наряду с известной отрицательной корреляцией анализировавшихся процессов выявлена их двунаправленная связь и оценены характеристики ее инерционности и нелинейности. Результаты анализа вариаций характеристик связи с использованием скользящего окна шириной от 10 до 100 лет свидетельствуют о чередовании различных режимов взаимодействия процессов, включая и интервалы почти однонаправленной связи.