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

ВОЛКОВ В.В., СИТНИКОВ Н.М., СИТНИКОВА В.И., УЛАНОВСКИЙ А.Э., ШУР Г.Н. — 2014 г.

На базе самолетных измерений, выполненных в рамках международных проектов EUPLEX и RECONCILE, в северной приполярной области, во время существования северного циркумполярного вихря проведены исследования мезомасштабных неоднородностей полей ветра, температуры и концентрации озона. Измерения были выполнены в рамках международных проектов EUPLEX и RECONCILE. Получены данные о структуре турбулентности внутри и вне циркумполярного вихря. Исследованы зоны повышенной турбулентности. Обнаружены высокие значения в спектре когерентности озона и скорости ветра.

КУРБАЦКАЯ Л.И., КУРБАЦКИЙ А.Ф. — 2014 г.

Данные прямых измерений вихревых коэффициентов диффузии импульса Km и тепла Kh доплеровским радаром и системой радиоакустического зондирования в верхней тропосфере и нижней стратосфере использованы для оценки применимости трех RANS-схем моделирования стратифицированной турбулентности в окружающей среде: модифицированной для стратифицированных течений E – схемы турбулентности, алгебраической двухпараметрической E – схемы рейнольдсовых напряжений и трехпараметрической E схемы турбулентности. Все турбулентные параметры – кинетическая энергия турбулентности E, скорость ее диссипации , вертикальные профили потенциальной температуры (атмосферная устойчивость) и средней скорости ветра – взяты из данных прямых измерений для всех трех схем турбулентности. Показано, что профиль вертикального вихревого коэффициента диффузии импульса Km, вычисленный по трехпараметрической RANS-схеме турбулентности, хорошо согласуется с его аналогом, полученным прямыми измерениями. Согласие с данными измерений профиля коэффициента Km, вычисленного по двухпараметрическим схемам турбулентности, носит скорее качественный характер.

КУРКИН А.А., КУРКИНА О.Е., ПЕЛИНОВСКИЙ Е.Н., ТАЛИПОВА Т.Г. — 2014 г.

Трансформация пакета внутренних волн при его распространении на португальском шельфе изучалась во время международного эксперимента EU MAST II MORENA в 1994 г. В статье представлены результаты моделирования динамики этого пакета для гидрологических условий по трассе распространения. Моделирование проводилось на основе обобщенного уравнения Гарднера–Островского, включающего неоднородность гидрологии, вращение Земли и диссипацию в придонном пограничном слое. Обсуждаются результаты сравнения наблюдаемых и рассчитанных форм и фаз индивидуальных волн в пакете в реперных точках.

ИЛЮШИН Б.Б. — 2014 г.

Представлены результаты моделирования суточной эволюции горизонтально однородного атмосферного пограничного слоя (АПС) с использованием модели второго порядка замыкания. Модель включает новые алгебраические выражения для тройных корреляций, позволяющие адекватно данным измерений описывать их поведение по всей высоте перемешанного слоя. Модель также учитывает влияние длинноволновой радиации на тепловой баланс, которое становится определяющим в условиях ночного АПС. Результаты моделирования сравниваются с расчетами 24-часовой эволюции АПС по модели третьего порядка замыкания, а также с доступными данными натурных и лабораторных измерений.

ГУСЕВ А.В., ЗАЛЕСНЫЙ В.Б., МОШОНКИН С.Н., ТАМСАЛУ Р. — 2014 г.

Дана физическая постановка, формулируется математическая модель и численный алгоритм модели турбулентности как блока модели циркуляции океана для расчетов на десятки лет. Модель основана на эволюционных уравнениях для кинетической энергии турбулентности (КЭТ) и частоты ее вязкой диссипации. Численный алгоритм решения как модели циркуляции, так и модели турбулентности основан на неявных схемах расщепления по физическим процессам и геометрическим координатам. Для модели турбулентности это позволило получить аналитические решения на фазе расщепления, связанной с генерацией и диссипацией КЭТ. С целью воспроизвести годовой ход и синоптические возмущения характеристик океана проведены численные эксперименты с моделью совместной циркуляции Северной Атлантики, Северного Ледовитого океана и Берингова моря с разрешением 0.25° по широте и долготе с 40-ка расчетными уровнями по вертикали, положение которых учащается по мере приближения к поверхности океана, что позволяет лучше воспроизводить процесс развитой турбулентности. Результаты сравниваются с данными наблюдений и результатами моделирования с использованием “традиционных” параметризаций перемешивания верхнего слоя океана. Показано, что модель хорошо воспроизводит характеристики океана, незначительно увеличивая время расчетов по сравнению с простыми параметризациями. Дан анализ пространственных и временнх распределений характеристик турбулентности. х распределений характеристик турбулентности.

ДОЛИН Л.С., ДОЛИНА И.С. — 2014 г.

Разработана аналитическая модель лидарного изображения нелинейной внутренней волны (ВВ), описываемой уравнением Кортевега-де Вриза (КдВ). Проведен расчет и проанализированы особенности лидарных изображений нелинейных ВВ с использованием реальных профилей гидрооптических и гидрологических характеристик в Баренцевом море. Установлены закономерности изменения толщины слоев мутности под воздействием нелинейных ВВ.

ДОЛИН Л.С., ЛУЧИНИН А.Г. — 2014 г.

Исследованы оптические передаточные функции систем подводного видения, в которых для формирования изображения используются узкие пучки, модулированные сложным высокочастотным сигналом. Рассчитаны изображения простейших объектов, наблюдаемых с помощью таких систем. Оценены искажения изображения, обусловленные интерференцией волн модуляции, и предложен метод их устранения. Конкретными расчетами продемонстрирована возможность улучшения качества изображения за счет использования сложно модулированных пучков подсветки.

РАБИНОВИЧ А.Б. — 2014 г.

Глубоководные измерения цунами имеют важнейшее значение для понимания физики генерации и распространения этих волн, а также для организации эффективной Службы предупреждения о цунами. В работе рассматривается история измерений цунами в открытом океане, начиная от первых попыток 50 лет назад и по сегодняшний день. Описаны современные системы мониторинга волн цунами, включая DART, передовые японские проекты систем донных кабельных линий и канадскую придонную геофизическую обсерваторию NEPTUNE-Canada. Рассматриваются особенности придонных наблюдений длинных волн в глубоком океане по сравнению с прибрежными наблюдениями. В качестве примера выделения сигнала цунами по данным глубоководных наблюдений рассмотрены результаты анализа удаленных (22 тыс. км от очага) записей Суматранского цунами 2004 г. в северо-восточной части Тихого океана.

ВИРОЛАЙНЕН Я.А., ПОБЕРОВСКИЙ А.В., ПОЛЯКОВ А.В., ТИМОФЕЕВ Ю.М. — 2014 г.

Проанализированы результаты наземных спектроскопических измерений общего содержания фтористого водорода (ОС HF) в районе Санкт-Петербурга за 4 года измерений (2009–2013 гг.). Среднее значение ОС HF составляло 1.93 ? 1015 см-2, а среднеквадратические вариации (естественная изменчивость) для всего ансамбля измерений около 20%. Данные измерений хорошо согласуются с измерениями на станциях сети NDACC (Бремен и Harestua) с учетом широтных отличий. Cреднемесячные значения ОС HF демонстрируют сезонный ход с максимумами в конце зимы–начале весны и минимальными значениями в период ноябрь–январь. Изменчивость среднемесячных значений максимальна в зимне-весенний период. Сопоставление наземных измерений ОС HF со спутниковыми затменными измерениями прибора ACE-FTS показало, что наземные ОС на 12% меньше данных спутниковых измерений, а среднеквадратические различия зависят от используемой версии обработки спутниковых данных и составляют 13 и 16% для версий 2.2 и 3.0 соответственно. Рассчитанное отношение ОС HCl и HF существенно уменьшается в конце зимы–весной. Линейный тренд этого отношения 2.5% за год, хотя и недостаточно статистически обоснованный из-за краткости периода наблюдений, обусловлен как уменьшением содержания HCl в стратосфере, так и небольшим ростом ОС HF за рассмотренный период и согласуется с данными литературы.

ДИДЕНКУЛОВ О.И., ДИДЕНКУЛОВА И.И., ПЕЛИНОВСКИЙ Е.Н. — 2014 г.

Изучается процесс наката длинных уединённых волн различной полярности на берег в случае составного рельефа дна: плоский откос переходит в зону постоянной глубины. Подтверждено, что нелинейная деформация волны положительной полярности (гребня), приводящая к возрастанию ее крутизны, приводит к значительному возрастанию высоты наката. Показано, что нелинейные эффекты наиболее сильно проявляются при накате волн отрицательной полярности (впадин), при этом высота наката таких волн растет с возрастанием их крутизны и может превышать амплитуду падающей волны.

АДИКС Т.Г., СИТНОВ С.А. — 2014 г.

На основе данных наблюдений концентраций оксида углерода (СО) на трех постах ГПБУ “Мосэкомониторинг” проведен анализ недельного цикла (НЦ) СО в приземном воздухе Москвы в 2004–2007 гг. Во всех пунктах минимальные средние многолетние значения СО отмечаются в воскресенье. НЦ СО более четко проявляется в центре Москвы и менее четко при удалении от него. Исследована воспроизводимость НЦ СО от года к году, сезонная зависимость, особенности проявления в разное время суток, а также изменение в ходе недели суточного хода СО. Обсуждаются факторы, ответственные за особенности эволюции приземных концентраций СО в разных наблюдательных пунктах. Представлены распределения частот (повторяемостей) величин концентраций СО в будние и воскресные дни. Исследована регулярность проявления “эффекта выходного дня” в СО и проанализированы возможные причины сбоев НЦ. С привлечением теста Крускала–Уоллиса исследована статистическая значимость внутринедельных различий приземных содержаний СО.

КУРГАНСКИЙ М.В. — 2014 г.

Предложена модель, которая объясняет функциональную зависимость плотности вертикального потока массы песка (пыли) Q в конвективном пограничном слое атмосферы от плотности числа конвективных элементов (включая вихри) N, скорости трения u* и вертикального (турбулентного) потока плавучести B. Показано, что поток Q пропорционален произведению корня квадратного из B на шестую степень u*. Этот результат не противоречит приведенным в литературе эмпирически найденным зависимостям Q(u*). Обсуждаются два метода экспериментального определения плотности N, когда вертикальный вынос пыли в основном определяется (земными и марсианскими) пыльными вихрями.

ВОЛОДИН Е.М. — 2014 г.

Исследуется чувствительность к учетверению концентрации СО2 двух версий климатической модели: INMCM4, которая участвовала в международной программе по сравнению климатических моделей CMIP5, а также новой версии модели INMCM5, в которой увеличено разрешение по вертикали и горизонтали в атмосферном блоке модели. Равновесное повышение приповерхностной температуры при учетверении концентрации СО2 составляет в модели INMCM4 около 4.2 К, что меньше, чем в других моделях, участвовавших в CMIP5. При увеличении концентрации СО2 радиационно-облачный форсинг в модели уменьшается, причем часть этого уменьшения происходит в первый же год после задания учетверенной концентрации, а часть примерно линейно зависит от величины глобального потепления. Дополнительные численные эксперименты с моделью показывают, что быстрое уменьшение радиационного-облачного форсинга объясняется изменением стратификации в приземном пограничном слое атмосферы, и связанным с этим увеличением облачности. Часть линейного уменьшения радиационно-облачного форсинга с ростом температуры связано с увеличением водности модельных облаков при более высокой температуре. Исключение этих двух механизмов позволяет увеличить чувствительность модели к учетверению концентрации СО2 до 5.2 градуса.

КАЛАШНИК М.В., СВИРКУНОВ П.Н. — 2014 г.

С использованием кинематической теории исследована фазовая картина инерционно-гравитационных волн, формирующих след в океане за движущимся ураганом. В рамках модели двухслойного океана получены простые аналитические выражения для фазовых поверхностей (поверхностей гребней и ложбин волновой структуры), определена зависимость угла полураствора волнового конуса от скорости движения урагана. Показано, что наблюдаемая асимметрия волнового следа в горизонтальной плоскости может быть связана с неоднородностью распределения параметра Кориолиса по широте.

ДИАНСКИЙ Н.А., ПАНИН Г.Н. — 2014 г.

Исследуются связи изменений климата в регионе Каспийского моря и его уровня с процессами климатических изменений в Северной Атлантике. В качестве основных индикаторов климатических изменений, влияющих на Каспийское море, используются индексы Североатлантического колебания (САК), Атлантической мультидекадной осцилляции (АМО), интенсивности Атлантической термохалинной циркуляции (АТХЦ), влажности воздуха над Северной Атлантикой. Результаты эксперимента по воспроизведению циркуляции Мирового океана и параметризация циклических особенностей климата позволили выявить их влияние на формирование климатической изменчивости Евразии и уровенный режим Каспийского моря. Это влияние изучалось через изменчивость АТХЦ, индекса САК, а также сводного индекса переноса влаги (СИПВ), предложенного в результате исследований.

БЕЗВЕРХНИЙ В.А. — 2014 г.

DOI: 10.7868/S0002351514040038 Список литературы

ДЕВЯТКИН А.В., СЛЕСАРЕНКО В.Ю. — 2014 г.

Проведены расчеты видимости “зеленого луча” при наблюдениях Солнца вблизи горизонта. В расчетах учтено влияние таких факторов как хроматическая рефракция, прозрачность атмосферы, спектральная чувствительность глаза, а также “возмущенность” атмосферы.

ИНГЕЛЬ Л.Х. — 2014 г.

Обращается внимание на положительную обратную связь, которая может играть заметную роль в интенсивных вихрях типа торнадо и, возможно, тропических циклонах: вращение подавляет турбулентность, что, в свою очередь, может способствовать интенсификации вращения. Это проиллюстрировано несколькими простыми моделями.

ГВИШИАНИ А.Д., ЗАГАЙНОВ В.А., ЛУШНИКОВ A.A., ЛЮБОВЦЕВА Ю.С. — 2014 г.

Показано, что уровень космической радиации влияет на скорость образования наночастиц из газовых выбросов естественного и антропогенного происхождения. Главной причиной ускорения процессов образования частиц служит увеличение концентрации атмосферных ионов, которые служат ядрами конденсации и поэтому сильно изменяют скорость процессов зарядки аэрозолей. В этой статье мы даем краткое обозрение основных процессов, ведущих к образованию наночастиц в атмосфере. Это нуклеация, конденсационный рост, рост заряженных частиц, зарядка аэрозольных частиц и рекомбинация. Особо подчеркивается роль размеров частиц в процессах зарядки. Мы также обсуждаем роль стоков аэрозолей на скорость их образования.

САРАПУЛОВА В.В., ШАГАПОВ В.Ш. — 2014 г.

Рассматривается отражение и преломление акустических волн на границе раздела между воздухом и туманом. Вычислены фазовая скорость и коэффициент затухания звука для тумана, а также коэффициенты отражения и преломления при нормальном и косом падении волны. Изучена зависимость угла преломления от частоты и угла падения акустической волны на границу раздела “воздух–туман”. На основе полученных аналитических выражений и анализа численных расчетов установлено, что в случае, когда волна падает со стороны тумана на границу раздела, существует критический угол падения, такой что при больших углах происходит полное внутреннее отражение. Показано, что полное внутреннее отражение не происходит, когда волна падает со стороны воздуха на границу раздела “воздух–туман”.