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

ЕЛИСЕЕВ А. В., МОХОВ И. И. — 2008 г.

Климатическая модель промежуточной сложности Института физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН (КМ ИФА РАН) дополнена блоком учета вулканического воздействия на климат. С моделью проведены ансамблевые эксперименты для XVII–XX веков, в которых, наряду с учетом вулканического воздействия, учитывалось также антропогенное воздействие на климат за счет парниковых газов и сульфатных аэрозолей, а также естественное воздействие на климат за счет изменения светимости Солнца. Модель реалистично воспроизводит среднегодовой отклик приповерхностной температуры атмосферы и осадков на крупнейшие извержения как на глобальном, так и на региональном масштабе. В частности, уменьшение глобальной среднегодовой температуры Тg в КМ ИФА РАН после крупнейших извержений второй половины XX века – вулканов Агунг (1963 г.), Эль-Чичон (1982 г.) и Пинатубо (1991 г.) – составляет 0.28 К, 0.27 К и 0.46 К соответственно, согласуясь с оценками по данным наблюдений. Кроме того, в КМ ИФА РАН вулканические извержения приводят к общему уменьшению осадков, наиболее заметному также над сушей средних и высоких широт Северного полушария. Сезонное распределение отклика хорошо согласуется с наблюдениями для извержений тропических и субтропических вулканов. На междекадном масштабе вулканизм приводит к вариациям Тg порядка 0.1 К. В численных экспериментах с учетом антропогенного и естественного форсинга модель воспроизводит общее изменение приповерхностной температуры за последние несколько веков. При этом учет вулканического воздействия на климат, наряду с воздействием за счет изменения светимости Солнца, позволил частично воспроизвести немонотонность глобального потепления XX века.

ВЛАСЕНКО С. С., МИХАЙЛОВ Е. Ф., РЫШКЕВИЧ Т. И. — 2008 г.

Исследованы гигроскопические свойства модельного ряда частиц дымового аэрозоля, включающего сульфат аммония, левоглюкозан, щавелевую и гуминовую кислоты. Конденсационное укрупнение частиц и относительная влажность прямого и обратного фазовых переходов частица – капля измерены с помощью тандема дифференциальных анализаторов подвижности. Данные получены в диапазоне относительной влажности 4%–95% при 298 К. Экспериментальные факторы роста сопоставлены с результатами теоретических расчетов по теории Келера с привлечением современных моделей активности воды в частицах. Показано, что гигроскопические свойства исследованных аэрозолей существенно отличаются от гигроскопических свойств соответствующих объемных фаз. Обнаружено, что сложная микроструктура наночастиц приводит к избыточному объемному поглощению воды, вызывая в ряде случаев их полное растворение при более низких значениях относительной влажности, чем в идентичных по составу макросистемах. По данным измерений выполнена параметризация гигроскопического роста частиц. Результаты параметризации могут быть использованы для построения уточненных моделей дымового аэрозоля.

КРАМАРОВА Н. А. — 2008 г.

В работе проводится анализ полей изменчивости общего содержания озона и УФ эритемной облученности в тропической области (30° S – 30° N). В качестве исходных данных использовались поля среднемесячных значений общего содержания озона и эритемной облученности на базе спутниковых наблюдений (TOMS 8 и SBUV 8) за период 1979–2003 гг. с предварительно удаленными линейным трендом и сезонным ходом. Применение метода естественных ортогональных функций для анализа исходных рядов позволило выделить характерные пространственные и временне структуры в полях аномалий ОСО и УФ облученности, тесно связанные с солнечной активностью и с элементами общей циркуляции атмосферы, такими как квазидвухлетняя цикличность, явления Эль-Ниньо (Ла-Ниньо). В работе приводятся количественные оценки и анализ полей изменчивости общего содержания озона и УФ облученности. Обнаруженные пространственные, временне и фазовые соотношения исследуемых полей изменчивости озона с некоторыми гео- и гелиофизическими факторами используются в предложенной регрессионной модели для оценки среднемесячных значений содержания озона в тропиках, основанной на ЕОФ разложении. В работе проводится анализ полей изменчивости общего содержания озона и УФ эритемной облученности в тропической области (30° S – 30° N). В качестве исходных данных использовались поля среднемесячных значений общего содержания озона и эритемной облученности на базе спутниковых наблюдений (TOMS 8 и SBUV 8) за период 1979–2003 гг. с предварительно удаленными линейным трендом и сезонным ходом. Применение метода естественных ортогональных функций для анализа исходных рядов позволило выделить характерные пространственные и временне структуры в полях аномалий ОСО и УФ облученности, тесно связанные с солнечной активностью и с элементами общей циркуляции атмосферы, такими как квазидвухлетняя цикличность, явления Эль-Ниньо (Ла-Ниньо). В работе приводятся количественные оценки и анализ полей изменчивости общего содержания озона и УФ облученности. Обнаруженные пространственные, временне и фазовые соотношения исследуемых полей изменчивости озона с некоторыми гео- и гелиофизическими факторами используются в предложенной регрессионной модели для оценки среднемесячных значений содержания озона в тропиках, основанной на ЕОФ разложении. е и фазовые соотношения исследуемых полей изменчивости озона с некоторыми гео- и гелиофизическими факторами используются в предложенной регрессионной модели для оценки среднемесячных значений содержания озона в тропиках, основанной на ЕОФ разложении.

АРЖАНОВ М. М., ДЕМЧЕНКО П. Ф., ЕЛИСЕЕВ А. В., МОХОВ И. И. — 2008 г.

Климатическая модель (КМ) ИФА РАН расширена детальной схемой термических и гидрологических процессов почвы. В равновесных численных экспериментах с построенной совместной моделью при задании доиндустриального и современного значения концентрации углекислого газа в атмосфере модель хорошо воспроизводит характеристики теплового режима почвы, включая температуру ее поверхности и характеристики сезонного протаивания/промерзания грунта. В целом модель также воспроизводит гидрологию суши, включая зимний запас снега и речной сток с крупнейших водосборов. Несколько хуже модель воспризводит суммарное испарение с поверхности суши и влагосодержание почвы. Равновесный отклик модели на удвоение содержания углекислого газа в атмосфере характеризуется значительным потеплением поверхности почвы, сокращением площади распространения многолетнемерзлых грунтов и общим ростом испарения с континентов. Речной сток при этом увеличивается в высоких широтах и уменьшается в субтропических. Эти результаты качественно согласуются с выявленными по данным наблюдений для XX века и с расчетами с использованием современных климатических моделей для XXI века.

САВЧЕНКО В. Н., СЕМКИН С. В., СМАГИН В. П. — 2008 г.

Рассмотрена возможность генерации дополнительных акустических гармоник в геомагнитном поле при прохождении звуковой волны в проводящей среде через область с переменным электромагнитным полем. Проанализированы два возможных механизма такой генерации: параметрический и связанный с пондеромоторными силами (динамический). Получены выражения для трех акустических гармоник, генерируемых магнитным диполем с переменным магнитным моментом.

ГУРВИЧ А. С., КУХАРЕЦ В. П. — 2008 г.

Впервые проведены экспериментальные исследования пространственных наклонных и вертикальных спектров флуктаций температуры в устойчиво стратифицированной тропосфере на высотах 2–8 км. Измерения проводились в полетах над северными районами европейской части России. Полученные спектры охватывают диапозон волновых чисел от 5 ? 10-4 до 3 ? 10-2 рад/м. Анализ полученных оценок спектральной плотности основан на разработанной ранее модели трехмерного спектра флуктаций температуры, порожденных статистическим ансамблем внутренних волн. Эта модель позволила рассмотреть наклонные и горизонтальные спектры с единой точки зрения, пользуясь единым набором параметров, исходя из концепции 3D спектра. Полученные количественные оценки параметров 3D спектра показали, что крупномасштабные, с вертикальным размером более сотни метров температурные неоднородности сильно вытянуты вдоль поверхности Земли. Они имеют приблизительно одинаковую форму – их горизонтальные размеры превышают вертикальные, по крайней мере, в 20 раз. Анизотропия неоднородностей убывает при уменьшении их вертикальных размеров, достигая величины 1.5–2 для вертикальных размеров 10–20 м и меньших.

МОХОВ И. И., СМИРНОВ Д. А. — 2008 г.

Количественно исследовано влияние солнечной активности на глобальную приповерхностную температуру Земли (ГПТ). Для этого применялся метод оценки причинности по Грейнджеру с анализом улучшения прогноза одного процесса при использовании данных из другого процесса по сравнению с “автопрогнозом”. Использовалось два варианта реконструкций вариаций потока солнечного излучения, связанных с солнечной активностью – согласно [Hoyt et al, 1997] для 1680–1992 гг. (H-данные) и согласно [Lean et al, 2005] для 1610–2005 гг. (L-данные). В целом результаты оценивания для двух реконструкций достаточно хорошо соответствуют друг другу. Выявлено значимое влияние солнечной активности на ГПТ с положительным знаком для двух периодов (с конца XIX века до конца 1930-х гг. и со второй половины 1940-х гг. до начала 1990-х гг.) без инерционности и запаздывания. В эти периоды с вариациями солнечной активности можно связать до 8 и 25% дисперсии процесса изменения ГПТ соответственно. Согласно H-данным в 1980-х – начале 1990-х гг. воздействие Солнца усиливалось, а по L-данным со второй половины 1980-х гг. оно ослабло.

КЛЯЦКИН В. И. — 2008 г.

В работе обсуждается связь статистического описания динамических стохастических систем на основе идей статистической топографии с традиционным методом анализа устойчивости динамических систем по Ляпунову с помощью анализа ляпуновских характеристических показателей (ляпуновские экспоненты).

ГОЛИЦЫН Г.С. — 2008 г.

ГОРЧАКОВ Г. И., ИСАКОВ А. А., КАДЫГРОВ Е. Н., КАРПОВ А. В., КОПЕЙКИН В. М., КОРТУНОВА З. В., МИЛЛЕР Е. А. — 2008 г.

Проанализировано влияние солнечного затмения на потоки солнечной радиации, метеорологические параметры, характеристики турбулентности и вертикальные профили температуры воздуха в пограничном слое атмосферы. Определены величины обусловленных затмением изменений температуры воздуха и временнх задержек этих изменений по отношению к моменту наступления фазы полного затмения в приземном и пограничном слоях атмосферы. Оценено влияние солнечного затмения на турбулентную кинетическую энергию, турбулентный поток тепла, а также на дисперсию и спектральную плотность мощности пульсаций температуры воздуха. Обсуждаются вариации параметров аэрозоля и концентраций легких ионов при полном солнечном затмении. х задержек этих изменений по отношению к моменту наступления фазы полного затмения в приземном и пограничном слоях атмосферы. Оценено влияние солнечного затмения на турбулентную кинетическую энергию, турбулентный поток тепла, а также на дисперсию и спектральную плотность мощности пульсаций температуры воздуха. Обсуждаются вариации параметров аэрозоля и концентраций легких ионов при полном солнечном затмении.

КАЛАШНИК М. В. — 2008 г.

Теоретически исследована структура захваченных симметричных возмущений во вращающихся стратифицированных сдвиговых течениях. Показано, что расположение области захвата определяется стратификацией атмосферы. Так, если характерная частота Брента–Вяйсяля больше инерционной частоты, захват происходит в области антициклонического сдвига скорости, если меньше – в области циклонического сдвига. Соответственно в первом случае частоты захваченных волн меньше инерционной частоты, во втором – больше. Задача о нахождении частот захваченных волн сведена к решению уравнения Шредингера, однако с более сложной зависимостью от спектрального параметра. Получены точные решения задачи для “треугольной” струи и гиперболического слоя сдвига.

КАПЛУНЕНКО Д. Д., ЛОБАНОВ В. Б., ТРУСЕНКОВА О. О. — 2008 г.

Изменчивость температуры поверхности (ТПМ) Японского моря исследована на основе комплексного ЭОФ анализа ежедневных данных, разработанных в университете Тохоку, Япония (New Generation SST; 2002–2006 гг.). Взаимосвязь с полем ветра исследуется на основе ежедневных данных реанализа NCEP/NCAR с пространственным разрешением 1°. Аномалии (АТПМ) рассчитаны путем удаления среднего по акватории моря годового хода, оцененного как старшая мода разложения температуры. Старшая мода разложения АТПМ представляет собой поправку к среднему годовому ходу, наиболее значительную в декабре в зоне субтропических вод, поступающих в море через Корейский пролив, и в районах северо-западной части моря, над которыми в холодный период года развивается циклоническая завихренность ветра. Выявлена полугодовая мода изменчивости, характеризуемая наибольшим повышением (понижением) температуры в зоне западного участка субарктического фронта (в Татарском проливе), запаздывающим на 2 месяца по отношению к полугодовым изменениям завихренности ветра над морем. Выявлено эпизодическое перемещение АТПМ в северной части моря с востока на запад вдоль западной ветви Цусимского течения со скоростью, по порядку величины соответствующей адвективному масштабу.

ГОЛУБЕВА Е. Н., ПЛАТОВ Г. А. — 2008 г.

В данной работе рассматриваются гидрологические характеристики вод Японского моря на основе данных климатического распределения температуры и солености GDEM [1]. С помощью региональной численной модели изучается динамика этих вод, подробно исследуется картина формирования и распространения промежуточных вод Японского моря. На основе численного моделирования устанавливается, что процесс формирования и дальнейшего распространения промежуточных вод можно разбить на три этапа. Первый связан с накоплением значительного запаса воды со свойствами, близкими к типу промежуточных вод в окрестности залива Петра Великого. На втором этапе происходит проникновение этих вод в промежуточные слои, наступающее вследствие развития глубокой конвекции в зимний период в присутствии зимнего муссона. Третий этап, наступающий при ослаблении субполярного фронта, приводит к их распространению на юг в направлении бассейнов Улунг и Ямато, а также к рециркуляции части этих вод в рамках северного круговорота.

ПОЛЯКОВ А. В., ТИМОФЕЕВ Ю. М., ЧАЙКА А. М. — 2008 г.

На основе измерений коэффициента аэрозольного ослабления спутниковым прибором SAGE III и линейной регрессионной методики решения обратной задачи получены интегральные площади и объемы аэрозольных частиц (S и V) для фонового стратосферного аэрозоля в 2002–2005 гг. в слоях 15–20 и 20–25 км. Измерения проводились в широтных поясах 43–80°N и 34–58°S. Пространственно-временне зависимости S и V демонстрируют в летние периоды однородные поля распределений, зимой и в начале весны присутствуют заметные неоднородности. Во все годы измерений наблюдался рост интегральных характеристик фонового стратосферного аэрозоля при переходе от осени к зиме. Долготные вариации S и V могут быть как слабыми, так и заметными – достигающими 50–70%. Анализ межгодовой изменчивости средних площадей и объемов показывает, что их минимальные значения (как правило) наблюдались в 2002 г., а максимальные – в 2005 г. При этом в большинстве случаев не наблюдается монотонного по годам изменения аэрозольных характеристик. Наблюдается зависимость параметров аэрозоля от фазы квазидвухлетних осцилляций (КДО) зонального ветра в стратосфере. Полученные данные для 2002–2005 гг. в целом неплохо согласуются с климатологическими данными за 1996–1999 гг. е зависимости S и V демонстрируют в летние периоды однородные поля распределений, зимой и в начале весны присутствуют заметные неоднородности. Во все годы измерений наблюдался рост интегральных характеристик фонового стратосферного аэрозоля при переходе от осени к зиме. Долготные вариации S и V могут быть как слабыми, так и заметными – достигающими 50–70%. Анализ межгодовой изменчивости средних площадей и объемов показывает, что их минимальные значения (как правило) наблюдались в 2002 г., а максимальные – в 2005 г. При этом в большинстве случаев не наблюдается монотонного по годам изменения аэрозольных характеристик. Наблюдается зависимость параметров аэрозоля от фазы квазидвухлетних осцилляций (КДО) зонального ветра в стратосфере. Полученные данные для 2002–2005 гг. в целом неплохо согласуются с климатологическими данными за 1996–1999 гг.

ГИНЗБУРГ А. С., РОМАНОВ С. В., ФОМИН Б. А. — 2008 г.

Предлагается комплексный подход к построению равновесного потенциала глобального потепления (РПГП) с использованием радиационно-конвективной модели климата (РКМ) и полинейных расчетов характеристик радиационного переноса в атмосфере на основе анализа и сравнения различных методов оценки эмиссионных метрик. Работы последнего десятилетия показали, что широко используемый метод расчета потенциала глобального потепления (ПГП) для метана и других малых парниковых газов применим только для относительно малых временнх горизонтов (в пределах 100 лет). Предлагаемый равновесный потенциал глобального потепления позволяет рассматривать набор равновесных состояний климатической системы Земли при изменении содержания парниковых газов в атмосфере и оценивать параметры реакции системы на такие изменения для произвольных интервалов времени. Анализ набора различных равновесных состояний позволяет оценить относительный вклад различных антропогенных примесей в радиационный баланс и, как следствие, в изменение климатического режима Земли. х горизонтов (в пределах 100 лет). Предлагаемый равновесный потенциал глобального потепления позволяет рассматривать набор равновесных состояний климатической системы Земли при изменении содержания парниковых газов в атмосфере и оценивать параметры реакции системы на такие изменения для произвольных интервалов времени. Анализ набора различных равновесных состояний позволяет оценить относительный вклад различных антропогенных примесей в радиационный баланс и, как следствие, в изменение климатического режима Земли.

ДРОФА А. С. — 2008 г.

Представлены результаты численного моделирования воздействия гигроскопическими частицами на теплое конвективное облако с целью получения дополнительных осадков. В одномерной численной модели с помощью параметризации процесса вовлечения тепла и влаги в восходящий воздушный поток, формирующий облако, получено соответствие вертикальных профилей параметров облака с реально наблюдаемыми в натурных условиях атмосферы. В модели содержится детальное описание микрофизических процессов в облачной среде с использованием кинетического уравнения для функции распределения облачных капель по размерам. По результатам численных расчетов проанализирован процесс осадкообразования в конвективных облаках с вертикальной мощностью 3–4 км при их естественном развитии и при вводе гигроскопических частиц в облако. Показана реальная возможность получения дополнительных осадков из конвективных облаков континентального типа при воздействии гигроскопическими частицами с размерами 1–1.5 мкм. Приводятся результаты расчетов зависимости интенсивности и суммарного количества осадков от вертикальной мощности облака и параметров вводимых в облако частиц. Выяснены условия получения максимального положительного эффекта воздействия.

ГИНЗБУРГ А.С., ЗАВАЛИШИН Н.Н. — 2008 г.

в атмосферу. Замкнутость по веществу позволяет снизить размерность динамических моделей и дает второй изменяемый параметр – общую массу системы, изменение которой отражает уровень неопределенности в знании количественных величин запасов. Калибровка ненасыщенных потоков каждой из моделей основана на алгоритме, разработанном ранее для локальных экосистем, а для вычисления коэффициентов потоков с насыщением используются измеренные разности противоположных по знаку потоков для нескольких моментов времени. Модификации модели предусматривают оценку степени вовлечения деятельного слоя океана в быстрый обмен с атмосферой и введение фактора землепользования как дополнительного антропогенного влияния. Рассчитаны временне траектории запасов углерода в резервуарах до 2100 г. при изменения антропогенных выбросов в соответствии с основными сценариями МГЭИК до 2100 г. для базовой модели и ее модификаций. е траектории запасов углерода в резервуарах до 2100 г. при изменения антропогенных выбросов в соответствии с основными сценариями МГЭИК до 2100 г. для базовой модели и ее модификаций.

2008

ИНГЕЛЬ Л. Х. — 2008 г.

Представлены некоторые новые результаты, относящиеся к теории восходящих конвективных струй над источниками тепла и количества движения. Рассмотрение не ограничивается свободноконвективными или напорными струями – возможны и “смешанные” ситуации. Известная модель обобщена на случай заметного вклада эффектов плавучести водяного пара. Доказано существование универсального закона сохранения, справедливого для любых гипотез о вовлечении. Выведен простой приближенный критерий возможности “пробивания” струями задерживающих слоев. Найдено аналитическое решение, описывающее влажноадиабатический подъем струи выше уровня конденсации. Сделаны оценки, относящиеся к влиянию струй на перенос пассивных примесей. Предложена модель горизонтального растекания теплого воздуха, приносимого струей, под интенсивным задерживающим слоем.

ЗАКИНЯН Р. Г. — 2008 г.

Анализ существующих теорий роста градин показал, что существуют два различных подхода, объясняющих слоистую структуру градин. Л.Г. Качуриным было показано, что слоистая структура льда на поверхности предмета, помещенного в поток переохлажденного водного аэрозоля, определяется равновесной толщиной пленки. Другой подход основан на уравнении теплового баланса на поверхности градины и введении понятия критической водности. В настоящей статье выясняется смысл критической равновесной толщины пленки и устанавливается связь между двумя существующими критериями, определяющими переход от сухого режима роста градин к мокрому режиму.