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»

  • ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМОВ ВНЕТРОПИЧЕСКОЙ АТМОСФЕРЫ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ В ПЕРИОД ВНЕЗАПНОГО СТРАТОСФЕРНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ ЗИМОЙ 2012–2013 ГГ

    ВАРГИН П.Н., МЕДВЕДЕВА И.В. — 2015 г.

    Главное внезапное стратосферное потепление (ВСП) в начале января 2013 г. привело к значительному росту температуры полярной стратосферы (до 60 К на высоте 44 км), изменению направления зонального ветра, разделению стратосферного полярного вихря и изменению температурного и динамических режимов мезосферы–нижней термосферы. Используя данные реанализов, наземных спектрометрических и спутниковых наблюдений, анализируются связанные с ВСП изменения термодинамических параметров от тропосферы до нижней термосферы. За две недели до ВСП выявлено усиление потоков волновой активности из тропосферы в стратосферу над Восточной Сибирью–Китаем. Показано, что за неделю до ВСП распространяющиеся на восток в верхней тропосфере волновые цепочки могли внести вклад в усиление антициклона над северо-восточной Атлантикой, которое в ходе ВСП привело к разделению стратосферного полярного вихря на две части.

  • МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЗЕМНОЙ СИСТЕМЫ

    ВОЛОДИН Е.М., ДЫМНИКОВ В.П., ЛЫКОСОВ В.Н. — 2015 г.

    Рассматривается проблема математического моделирования Земной системы, динамика которой определяется физическими, химическими, биологическими и другими процессами, что требует междисциплинарных подходов при ее исследовании. Термин “Земная система” расширяет понятие “климатическая система” как введением в рассмотрение дополнительных геосфер (литосфера, гелиосфера и др.), так и за счет описания более широкого круга физических, химических, биологических и социальных взаимодействий. Обсуждается современный уровень климатического моделирования и с этой целью представлены некоторые результаты, полученные в Институте вычислительной математики РАН. Рассматриваются перспективы дальнейшего развития климатических моделей в направлении создания моделей Земной системы на основе “бесшовного” (seamless) подхода, подразумевающего использование единой модели для целей краткосрочного (на несколько суток) и долгосрочного (климатического) прогноза.

  • МИКРОВОЛНОВЫЕ НАЗЕМНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ СУТОЧНЫХ ВАРИАЦИЙ ОЗОНА В ВЕРХНЕЙ СТРАТОСФЕРЕ НАД КИРГИЗИЕЙ

    ОРОЗОБАКОВ А.Т., РЫСКИН В.Г. — 2015 г.

    Приведены результаты наземных микроволновых измерений суточных вариаций содержания озона в стратосфере и нижней мезосфере среднеазиатского региона. Обнаружено увеличение ночных значений концентрации озона по сравнению с дневными значениями на 30–40 % на высоте 50 км и 50–80% на высоте 60 км. Суточный ход озона не обнаружен на высотах ниже 50 км. Показано, что ночное содержание озона в верхней стратосфере и нижней мезосфере испытывает межсуточные изменения. Выполнено сопоставление результатов наземного микроволнового зондирования с данными орбитального прибора MLS AURA.

  • МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ МЕТАНА ИЗ АРКТИЧЕСКИХ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ НА РЕГИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ

    БЛАКИТНАЯ П.А., ГАЛИН В.Я., МАРЕЕВ Е.А., СМЫШЛЯЕВ С.П. — 2015 г.

    Численное моделирование с использованием глобальной химико-климатической модели нижней и средней атмосферы показало, что вклад выбросов метана из арктических газовых гидратов в глобальную продукцию в настоящее время, скорее всего, недооценивается. Увеличение выбросов метана в результате потепления Арктики может привести к уменьшению концентрации гидроксила и возникновению положительной обратной связи с содержанием метана в районе выбросов. Зоны изменения содержания озона при этом не совпадают с зонами увеличения содержания метана, а увеличение концентрации озона с ростом содержания метана носит нелинейный характер, замедляясь при больших значениях потоков метана. Это может быть связано с уменьшением содержания гидроксила при увеличении выбросов метана и возникающими обратными связями, компенсирующими дополнительную продукцию озона.

  • МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛИМАТА НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЫ

    ДЫМНИКОВ В.П., КУЛЯМИН Д.В. — 2015 г.

    Представлена совместная модель тропосферы–стратосферы–мезосферы и D-слоя ионосферы (для высот 0–90 км). Модель базируется на трехмерной модели общей циркуляции атмосферы в гибридной системе координат. В качестве фотохимической модели нижней ионосферы взята пятикомпонентная модель. По результатам моделирования исследована роль термодинамических характеристик нейтральной атмосферы в формировании среднего состояния D-слоя. На основе предварительной идентификации модели по данным прямых измерений, поглощения и распространения радиоволн показано удовлетворительное воспроизведение климатических характеристик D-слоя ионосферы.

  • МОДЕЛИРОВАНИЕ КРУПНОМАСШТАБНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ

    ЗАЛЕСНЫЙ В.Б., ИВЧЕНКО В.О. — 2015 г.

    Рассматривается проблема моделирования общей циркуляции океана в рамках подхода, разработанного Г.И. Марчуком. Основное внимание уделяется вопросам, связанным с применением методов многокомпонентного расщепления и сопряженных уравнений, параметризацией процессов турбулентного обмена. Обсуждается постановка задачи, алгоритм решения и результаты четырехмерной ассимиляции температуры и солености в модели гидродинамики Мирового океана. Алгоритм дает качественно верный результат, его основными особенностями являются модульность, простота реализации, возможность использования экономичных неявных схем.

  • МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЛЯРНЫХ СТРАТОСФЕРНЫХ ОБЛАКОВ С УЧЕТОМ КИНЕТИЧЕСКИХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

    АЛОЯН А.Е., АРУТЮНЯН В.О., ЕРМАКОВ А.Н. — 2015 г.

    Построена новая математическая модель глобального переноса многокомпонентных газовых примесей и аэрозолей в атмосфере и формирования полярных стратосферных облаков (ПСО) в обоих полушариях. Рассматривается два типа ПСО: тип Ia – образование частиц тригидрата азотной кислоты (NAT), тип Ib – образование частиц переохлажденного трехкомпонентного раствора H2SO4/HNO3/H2O – частиц STS (supercooled ternary solutions). Для их моделирования предложены новые уравнения, описывающие изменчивость компонентов, находящихся в газовой и конденсированной фазах с учетом их термодинамических свойств. Формирование ПСО рассматривается совместно с формированием сульфатных аэрозолей в верхней тропосфере и нижней стратосфере с учетом химических и кинетических процессов трансформации (фотохимия, нуклеация, конденсация/испарение и коагуляция). С использованием разработанной модели проведены численные эксперименты для воспроизведения пространственно-временной изменчивости ПСО в зимний период времени в обоих полушариях. Численные эксперименты проводились в рамках единой модели, при этом сначала решалась задача формирования первичных сульфатных аэрозолей в атмосфере и далее с их учетом решалась задача формирования ПСО. Приводятся результаты анализа численных экспериментов.

  • МОДЕЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ ГЛОБАЛЬНЫХ И РЕГИОНАЛЬНЫХ ЭМИССИЙ МЕТАНА В АТМОСФЕРУ ВЛАЖНЫМИ ЭКОСИСТЕМАМИ

    MOXOВ И.И., АРЖАНОВ M.M., ДЕНИСОВ С.Н., ЕЛИСЕЕВ А.В. — 2015 г.

    Выполнены оценки изменений эмиссии метана в атмосферу влажными экосистемами для различных регионов и Земли в целом с новой версией модели эмиссий метана из почвы в глобальной климатической модели промежуточной сложности, используемой в Институте физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН. Проведены численные эксперименты с моделью в соответствии с условиями международного проекта сравнения подобных моделей WETCHIMP (Wetland and Wetland CH4 Inter-comparison of Models Project). Модель реалистично воспроизводит глобальные и региональные характеристики эмиссии метана. Отмечена общая тенденция увеличения потоков метана из болотных экосистем в атмосферу при глобальном потеплении. В проведенных расчетах глобальные естественные эмиссии метана из болот увеличились в XX веке на 9 МтСН4/год. Оценена чувствительность глобальной эмиссии метана к изменению глобальной приповерхностной температуры над сушей: 16 МтСН4/год/K (примерно 10%/K). При продолжении потепления можно ожидать значительное увеличение эмиссий метана в первую очередь из высоких широт Северного полушария.

  • НИЗКОЧАСТОТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ ЗАМКНУТОГО МОРЯ

    КОРОТАЕВ Г.К. — 2015 г.

    В работе исследуется изменчивость уровня поверхности замкнутого бассейна небольшого размера в связи с проблемой интерпретации спутниковых альтиметрических измерений, дающих возможность наблюдать только отклонение уровня морского бассейна от неизвестного среднего состояния, которое необходимо рассчитать тем или иным способом для того, чтобы восстановить топографию поверхности моря. Задача восстановления неизвестного среднего состояния становится особо неопределенной в замкнутых бассейнах с существенными колебаниями уровня за счет изменений водного баланса, и ее решение требует привлечения априорных физических представлений. В работе выявлены общие закономерности реакции уровня моря на низкочастотные изменения водообмена через границу бассейна достаточно произвольной формы.

  • О КРИТЕРИЯХ ПЕРЕХОДА ОПРОКИДЫВАЮЩЕГОСЯ БОРА В ВОЛНООБРАЗНЫЙ

    ПЕЛИНОВСКИЙ Е.Н., РОДИН А.А., ШУРГАЛИНА Е.Г. — 2015 г.

    Собраны натурные данные волнообразных и опрокидывающихся боров, зафиксированные в прибрежной зоне и устьях рек. Имеющиеся критерии по разделению двух данных типов боров в зависимости от отношения высоты бора к невозмущенной глубине бассейна применены к собранным данным. Показано, что критерий H/h > 1.5 (H – высота бора, отсчитываемая от дна, h – невозмущенная глубина бассейна) достаточен для грубого разделения боров по их типу.

  • О НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЯХ ДИНАМИКИ ОБЩЕЙ ЦИРКУЛЯЦИИ АТМОСФЕРЫ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОГО ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

    КРУПЧАТНИКОВ В.Н., МАРТЫНОВА Ю.В. — 2015 г.

    В течение последних нескольких десятилетий наблюдается смещение к полюсу таких элементов общей циркуляции атмосферы, как ячейка Гадлея и штормтреки. На основе результатов численного моделирования динамики климата с использованием идеализированной модели климатической системы показано, что тенденция к смещению штормтреков Северного полушария в условиях потепления климата (по сценарию RCP-8.5) к полюсам будет продолжаться. Обсуждаются также другие особенности динамики общей циркуляции в условиях меняющегося климата, обнаруженные в ходе численного эксперимента.

  • О СОДЕРЖАНИИ МАЛЫХ ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ НАД МОСКВОЙ

    БЕЛИКОВ И.Б., ЕЛАНСКИЙ Н.Ф., ЛОКОЩЕНКО М.А., СКОРОХОД А.И., ТРИФАНОВА А.В. — 2015 г.

    Обсуждаются результаты 11-летних непрерывных ежеминутных измерений состава приземного воздуха на совместной Экологической станции ИФА РАН и Географического факультета МГУ в Москве за период 2002–2012 гг. Показан устойчивый (порядка 1% в год) рост приземного озона и статистически значимое уменьшение окиси азота при остающихся почти неизменными уровнях двуокиси азота. Подробно исследованы достоверные закономерности суточного и годового хода пяти газовых примесей – O3, NO, NO2, CO и SO2. Проанализированы статистические связи содержания двуокиси серы с количеством использованного в городском отоплении резервного топлива (мазута), связь с которым самая сильная, а также со скоростью ветра в слое до 200 м и с температурой воздуха. Впервые на основе многолетних измерений исследовано влияние скорости ветра по данным содара “MODOS” в МГУ на приземное содержание газовых примесей, а также углекислого газа. Показано, что с увеличением скорости ветра содержание окислов азота и углерода в целом уменьшается, озона – растет, двуокиси серы – уменьшается, начиная с промежуточного значения (1–2 м/с) вследствие преобладания высоких источников этого газа. Обнаруженный дополнительный максимум содержания углекислого газа при больших значениях скорости ветра, возможно, связан с процессами дальнего переноса СО2.

  • ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОЗОНА В РАЗЛИЧНЫХ СЛОЯХ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ НАЗЕМНОЙ ФУРЬЕ-СПЕКТРОМЕТРИИ

    ВИРОЛАЙНЕН Я.А., ДЮФОР Г., ЕРЕМЕНКО М., ПОБЕРОВСКИЙ А.В., ТИМОФЕЕВ Ю.М. — 2015 г.

    Впервые в России с помощью наземных измерений прямого солнечного инфракрасного излучения получена информация о содержании озона в различных слоях атмосферы. Измерения проводились Фурье-спектрометром Bruker IFS-125HR в Петергофе, расположенном в 30 км к западу от центра Санкт-Петербурга, в 2009–2012 гг. Погрешность определения тропосферного (0–12 км) озона рассматриваемым методом составила 4, стратосферного озона в тропосфере в слое 12–50 км – 3, в слоях 10–20 и 20–50 км – 3–5%, в слоях 12–18, 18–25 и 25–50 км – 4–7% (при учете приборных и методических ошибок, а также ошибок задания температурного профиля). Сезонный ход содержания озона в тропосфере и в слое 12–18 км отличается ярко выраженным максимумом в марте и минимумом в ноябре, с амплитудой в 30 и 40% соответственно. Для слоя 18–25 км максимум приходится на зимне-весенний период, минимум – на конец лета, амплитуда сезонного хода 20. Амплитуда изменений годового хода содержания озона в слое 25–50 км составляет около 30%, с максимумом вблизи летнего солнцестояния и минимумом вблизи зимнего. За три года наблюдений прирост содержания озона в этом слое составил 10 в год от его среднего значения за период. Сопоставления результатов наземных и спутниковых измерений (прибором IASI) тропосферного озона показали, что рассогласование обоих ансамблей составляет (3.4 ± 17)%. Коэффициент корреляции между двумя ансамблями в зависимости от сезона составляет 0.76–0.84. Сравнения данных наземных и спутниковых измерений (прибором MLS) стратосферного озона продемонстрировали отсутствие систематических рассогласований двух ансамблей. Среднеквадратичные рассогласования составляют 13, 6 и 5% для слоев 10–20, 20–50 и 10–50 км соответственно, коэффициенты корреляций между двумя типами измерений – 0.82–0.94.

  • ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ ДАЛЬНИХ ПРОГНОЗОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ

    КЛИМЕНКО А.В., КЛИМЕНКО В.В., ТЕРЕШИН А.Г. — 2015 г.

    к концу нынешнего столетия на фоне продолжающегося снижения выбросов диоксида серы. С исторической точки зрения реализация наиболее агрессивных сценариев антропогенного воздействия на атмосферу и климат представляется маловероятной. х горизонтах глубиной в несколько десятилетий. Генетический прогноз предполагает стабилизацию глобального потребления энергии на уровне в 30 млрд тонн условного топлива и повышение концентрации диоксида углерода почти до 500 млн-1 к концу нынешнего столетия на фоне продолжающегося снижения выбросов диоксида серы. С исторической точки зрения реализация наиболее агрессивных сценариев антропогенного воздействия на атмосферу и климат представляется маловероятной.

  • ОСОБЕННОСТЬ СТАТИСТИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ НЕКОТОРЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ

    ЯРОШЕВИЧ М.И. — 2015 г.

    DOI: 10.7868/S0002351515020133 Список литературы

  • ОЦЕНКА ВЕРТИКАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

    БАБИЧЕВА В.О., ПОКРОВСКАЯ Е.А., РЫЖАКОВА Н.К. — 2015 г.

    Рассмотрен способ определения вертикальных коэффициентов турбулентной диффузии выбросов промышленных предприятий в условиях сложных рельефов местности и больших времен экспозиции. Способ основан на использовании измеренного вдоль некоторого направления от точечного источника распределения загрязняющей примеси. Измерения проведены с помощью мхов-биомониторов для ТЭЦ, расположенной в городе Новосибирске.

  • ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МЕЖГОДОВОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СТОКА СИБИРСКИХ РЕК НА ЦИРКУЛЯЦИЮ СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА

    КУЗИН В.И., ЛАПТЕВА Н.А., ПЛАТОВ Г.А. — 2015 г.

    В статье представлены расчеты по моделированию распространения аномалий пресной воды от сибирских рек в XXI веке в Северном Ледовитом океане по модели ИВМиМГ СО РАН на основе результатов модели ИВМ РАН сценария RPC 8.5 проекта CMIP-5 IPCC. Для расчета стоков рек используется линейная резервуарная модель с разрешением 1/3 градуса, включающая девять основных водосборных бассейнов Сибири.

  • ОЦЕНКИ СВЯЗИ ВАРИАЦИЙ АТЛАНТИЧЕСКОЙ ДОЛГОПЕРИОДНОЙ ОСЦИЛЛЯЦИИ И ЭЛЬ-НИНЬО–ЮЖНОГО КОЛЕБАНИЯ

    МОХОВ И.И., СМИРНОВ Д.А. — 2015 г.

    С использованием анализа причинности по Грейнджеру и оценки долгосрочных эффектов исследованы связи Атлантической долгопериодной (междесятилетней) осцилляции (АМО) и Эль-Ниньо–Южного колебания (ЭНЮК) по среднемесячным данным за период 1870–2013 гг. Выявлена двунаправленная связь в динамике этих процессов, причем в целом за весь период сильнее влияние ЭНЮК на АМО с существенно более слабым обратным влиянием. Более детальный анализ выявил переменный характер связи: более сильное воздействие ЭНЮК на АМО выявлено в начале исследуемого периода, тогда как более значимое обратное влияние и его рост имеют место в последние годы на фоне ослабления влияния ЭНЮК на АМО.

  • ПЕРЕОХЛАЖДЕННАЯ ВОДА ОКОЛО ФРОНТА ЛЕДНИКА НА ШПИЦБЕРГЕНЕ

    МАРЧЕНКО А.В., МОРОЗОВ Е.Г., ФОМИН Ю.В. — 2015 г.

    Проведены измерения и анализ температуры и солености воды в непосредственной близости от фронта ледника Паула в Риндерс-фиорде на Шпицбергене в марте 2013 г. На расстоянии 15 м от ледника обнаружена вода со значительно меньшей соленостью, чем окружающие воды. Температура воды оказалась на 0.35°C меньше, чем температура замерзания. Этот эффект связан c вытеканием пресной воды из ледника в море. Вытекающая пресная вода попадает в окружающую среду морской воды с более низкой температурой и высокой соленостью и переохлаждается при подъеме к поверхности.

  • ПРОСТАЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СМЕРЧЕОБРАЗНЫХ ВИХРЕЙ

    КУРГАНСКИЙ М.В. — 2015 г.

    На основе соображений подобия предложена простая гидродинамическая модель смерчеобразных вихрей, которая с учетом “распада вихря” на некотором уровне над землей связывает максимальную азимутальную скорость в вихре, достигаемую у поверхности земли, с конвективной доступной потенциальной энергией, накопленной в предсмерчевых условиях в окружающей атмосфере. Оценена относительная доля разрушения (диссипации) спиральности (кинетической энергии) в зоне “распада вихря” и, соответственно, в приземном пограничном слое под вихрем. Эти рассуждения положены в основу динамико-статистического рассмотрения связи между интенсивностью смерча и запасами конвективной доступной потенциальной энергии в окружающей атмосфере.