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

КОВАЛЕВ П.Д., КУЗНЕЦОВ К.И., КУРКИН А.А., ПЕЛИНОВСКИЙ Е.Н. — 2014 г.

Обсуждаются результаты измерений ветрового волнения в юго-восточной части о. Сахалин в 2006–2009 гг. с помощью датчиков придонного давления. Отмечаются проблемы пересчета данных, полученных с помощью донных станций, на смещение уровня воды, в рамках линейной теории. Получено 20 записей продолжительностью от 2 недель до 3 месяцев, содержащих от 150 тысяч до 1.2 млн. волн для трех различных пунктов наблюдений вблизи острова Сахалин (п. Взморье, о. Изменчивое и м. Острый). Выполнены оценки распределений высот волн, аппроксимируемые распределением Вэйбулла. Они сопоставлены с теоретическими распределениями: Рэлея, Форристола, Вэйбулла и Глуховского. Как и следовало ожидать, в области малых высот все распределения оказываются близкими, а для больших – распределение Вэйбулла является предпочтительным.

КОЛЕСОВ С.В., МОШЕНЦЕВА А.В., НОСОВ М.А., НУРИСЛАМОВА Г.Н. — 2014 г.

Линейная теория длинных волн использована для исследования горизонтальных движений водного слоя во вращающемся океане, которые возникают при генерации цунами землетрясением. На основе аналитического решения модельной осесимметричной задачи для океана постоянной глубины проанализирована структура потенциального и вихревого остаточных полей. Выполнены оценки горизонтальных смещений частиц воды, скорости вихревого течения и энергии геострофического вихря для условий, свойственных реальным очагам цунами. Рассмотрены особенности остаточных полей, обязанные наличию устойчивой стратификации. Описаны статическая и динамическая численные модели, позволяющие рассчитывать потенциальное остаточное поле и его эволюцию для реальных событий. Рассчитано и проанализировано поле остаточных горизонтальных смещений частиц воды для катастрофического землетрясения у берегов Японии 11 марта 2011 г.

БАГАЕВ А.В., ИВАНОВ В.А. — 2014 г.

На основе трехмерной термогидродинамической модели Черного моря исследованы баротропные и бароклинные колебания, характерные для весеннего периода. Данный сезон можно считать переходным между завершением действия сильных зимних ветров и началом формирования сезонного термоклина. Использована трехмерная численная модель со свободной поверхностью и граничными условиями, соответствующими реальному полю ветра для апреля 2006 г., а также потокам тепла и соли на поверхности. Пространственное разрешение модели составляет 1.5 км по горизонтали и 27 уровней по вертикали, дискретность данных по времени – 1 час. Это позволяет провести детальное моделирование в южнобережном крымском секторе моря. Методом спектрального анализа исследована пространственно-времення структура полей уровня, кинетической энергии и температуры. Приведена интерпретация максимальных энергонесущих частот. В субмезомасштабной области спектра выделены проявления волн Пуанкаре и Кельвина, а также захваченных шельфовых волн. Проведено сопоставление с ранее выполненными исследованиями. Показано, что изменчивость стратификации, вызванная синоптическими процессами, влияет на спектральные характеристики волновых процессов на более мелких масштабах, внося вклад в перемешивание вод Черного моря. я структура полей уровня, кинетической энергии и температуры. Приведена интерпретация максимальных энергонесущих частот. В субмезомасштабной области спектра выделены проявления волн Пуанкаре и Кельвина, а также захваченных шельфовых волн. Проведено сопоставление с ранее выполненными исследованиями. Показано, что изменчивость стратификации, вызванная синоптическими процессами, влияет на спектральные характеристики волновых процессов на более мелких масштабах, внося вклад в перемешивание вод Черного моря.

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

Динамика длинных волн в окрестности точки перехода двухслойного потока в однослойный изучается в рамках линейной теории мелкой воды. Показана аналогия между этой проблемой и классической задачей о накате поверхностных волн на берег. Обсуждаются условия разрушения внутренних волн на откосе.

БЕЛИКОВ И.Б., БЕРЕЗИНА Е.В., ЕЛАНСКИЙ Н.Ф., ЛАВРОВА О.В., МОИСЕЕНКО К.Б., САФРОНОВ А.Н., СКОРОХОД А.И., ШУМСКИЙ Р.А. — 2014 г.

На основе одновременных измерений приземных концентраций CH4, CO2, O3 и 222Rn в ходе шести экспедиций TROICA (Transcontinental Observations Into the Chemistry of the Atmosphere) вдоль Транссибирской железнодорожной магистрали от Москвы до Владивостока в 1999-2008 гг. проведены оценки биогенных эмиссий CH4 и CO2 из наземных экосистем и ночного стока O3 на подстилающую поверхность по данным о скорости накопления 222Rn в условиях приземной инверсии температуры. Наиболее высокие региональные эмиссии CH4 получены летом на Дальнем Востоке (0.87 ± 0.52 мкг м-2 с-1) и в Западной Сибири (0.77 ± 0.41 мкг м-2 с-1), что связано со значительными потоками метана из болот и увлажненных почв, типичных для данных регионов. Биогенные эмиссии CO2 в среднем варьируют от 0.18 ± 0.04 мкг м-2 с-1 в Западной Сибири до 0.89 ± 0.07 мкг м-2 с-1 в Восточной Сибири. Ночной сток O3 имеет сезонный максимум летом и изменяется от 0.05 ± 0.01 мкг м-2 с-1 в Западной Сибири до 0.07 ± 0.01 мкг м-2 с-1 в Центральной Сибири; скорость сухого осаждения O3 варьирует от 0.10 ± 0.08 с мс-1 в Западной Сибири до 0.33 ± 0.21 см с-1 в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.

МОХОВ И.И., ШУКУРОВ К.А., ШУКУРОВА Л.М. — 2014 г.

Сделаны оценки температурного и радиационного эффектов летних пожаров 2010 г. на основе измерений на Звенигородской научной станции (ЗНС) Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН в московском регионе. Температура приземного слоя воздуха во время задымления летом 2010 г. изменялась в противофазе с массовой концентрацией аэрозоля, а баланс теплового излучения в приземном слое воздуха – синфазно. Получено, что при экстремальном задымлении приземного слоя воздуха в августе 2010 г. снижение температуры приземного воздуха на ЗНС достигало 4 К с увеличением нисходящего потока теплового излучения в среднем на 20 Вт/м2 и снижением разницы между восходящим и нисходящим потоками теплового излучения в среднем на 24 Вт/м2.

ГРИГОРЬЕВ Ю.М., КОЗЛОВ В.И., МУЛЛАЯРОВ В.А., ТАРАБУКИНА Л.Д. — 2014 г.

Приведены результаты комплексных инструментальных наблюдений грозовой деятельности на территории радиусом 400 и 30 км вокруг г. Якутска. В сезонном ходе грозовой активности выявлены характерные максимумы – в первой декаде июня и последней декаде июля или начале августа. Доля разрядов “облако–земля” для центральной Якутии составляет 40–60%, что соответствует наблюдениям в Западной Сибири 40–50%. Число положительных разрядов в землю составило 8–15% всех случаев наземных молний, что соответствует наблюдениям в Германии (17%) и несколько превышает наблюдаемое количество на Кавказе (2.2–8.2%) и США (4.5%). Грозовая активность в г. Якутске в три раза выше, чем в зоне радиусом 400 км вокруг Якутска, что объясняется тем, что город является островом тепла.

БАРАНОВ В.И., ЗАЦЕПИН А.Г., КОНДРАШОВ А.А., КОРЖ А.О., КРЕМЕНЕЦКИЙ В.В., КУБРЯКОВ А.А., КУКЛЕВ С.Б., КУКЛЕВА О.Н., МОСКАЛЕНКО Л.В., НИЗОВ С.C., ОСТРОВСКИЙ А.Г., ПИОТУХ В.Б., ПОДЫМОВ О.И., СОЛОВЬЕВ В.А., СОЛОВЬЕВ Д.М., СТАНИЧНЫЙ С.В., ЦИБУЛЬСКИЙ А.Л., ШВОЕВ Д.А. — 2014 г.

Представлены первые результаты по созданию и планы работы по поддержанию и развитию подспутникового полигона на шельфе и континентальном склоне Черного моря в районе г. Геленджик, предназначенного для перманентного мониторинга состояния водной среды и биоты. Размещаемые на полигоне автономные измерительные системы в составе донных станций с акустическими доплеровскими профилографами скорости течения (ADCP) автоматических зондов-профилографов “Аквалог” и термокос на заякоренных буйковых станциях должны обеспечивать регулярное получение гидрофизических, гидрохимических и биооптических данных с высоким пространственно-временнм разрешением и их оперативную передачу в береговой центр. Эти натурные данные необходимы для исследования характеристик и механизмов формирования изменчивости морской среды и биоты, водообменных процессов в системе “шельф–глубоководный бассейн”, взаимодействия океан–атмосфера и многих других. Они востребованы для калибрации спутниковых измерений, верификации результатов численного моделирования циркуляции вод. Их предполагается использовать в целях предупреждения об опасных природных явлениях, а также для контроля экологического состояния морской среды и его изменения под влиянием антропогенных и природных факторов, включая климатические тренды. Планируется распространение методов и средств полигонного подспутникового мониторинга водной среды на другие прибрежные акватории, в том числе на другие сектора Черного моря с целью создания единой системы мониторинга шельфово-склоновой зоны Черного моря. м разрешением и их оперативную передачу в береговой центр. Эти натурные данные необходимы для исследования характеристик и механизмов формирования изменчивости морской среды и биоты, водообменных процессов в системе “шельф–глубоководный бассейн”, взаимодействия океан–атмосфера и многих других. Они востребованы для калибрации спутниковых измерений, верификации результатов численного моделирования циркуляции вод. Их предполагается использовать в целях предупреждения об опасных природных явлениях, а также для контроля экологического состояния морской среды и его изменения под влиянием антропогенных и природных факторов, включая климатические тренды. Планируется распространение методов и средств полигонного подспутникового мониторинга водной среды на другие прибрежные акватории, в том числе на другие сектора Черного моря с целью создания единой системы мониторинга шельфово-склоновой зоны Черного моря.

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

Описано применение методики обращения радиационных данных на основе искусственных нейронных сетей (ИНС) для метеорологического спутникового зондирования атмосферы. Для повышения эффективности решения обратных задач используется метод главных компонент для профилей температуры и влажности, а также спектров ИК-излучения, что позволяет существенно сократить размерности задач. На основе численных экспериментов проанализированы погрешности температурно-влажностного зондирования по спектрам уходящего ИК-излучения, измеренным с помощью прибора ИКФС-2 с российского спутника “Метеор” при использовании итерационного физико-математического алгоритма (ИФМ), метода множественной линейной регрессии (МЛР), метода, основанного на ИНС. Выявлены заметные преимущества метода на основе ИНС в сравнении с методом МЛР. Так, при температурном зондировании на высотах 1-12 км метод МЛР имеет заметно большую погрешность (разность до 1 К), а ИФМ алгоритм - практически такую же погрешность, как метод ИНС. Погрешность определения относительной влажности составляет около 10% при использовании методики ИНС на высотах 0-12 км. В нижней тропосфере примерно такую же погрешность дает подход с использованием ИФМ, но с ростом высоты возрастают преимущества методики ИНС.

ЛЕВИН Б.В., САСОРОВА Е.В. — 2014 г.

Выполнен анализ пространственного и пространственно-временнго распределений очагов цунами тектонического происхождения за последние 112 лет. Для анализа использованы материалы опубликованных баз данных по цунами (ITDB, RUSSIA; NASA, USA) и мировых сейсмических каталогов (NEIC USA). Установлено, что в начале прошлого века (1905–1920 гг.) и в начале этого века (2004–2011 гг.) наблюдалась ярко выраженная активизация сейсмического процесса и рост общей энергии цунамигенных землетрясений. Изучение пространственно-временнй периодичности событий на основе анализа двумерных распределений очагов тектонических цунами позволило выделить локализованные широтные зоны с полным отсутствием событий (90°–75° N, 45°–90° S, 35°–25° N), области периодического возникновения цунами преимущественно в средних широтах (65°–35°N и 25°–40° S) и в приэкваториальных широтах (15°N–20° S) Северного и Южного полушарий. Поставлена задача проанализировать пространственно-временне распределения очагов цунамигенных землетрясений и эффект периодичности появления очагов цунами, используя мировые каталоги цунами. Выполнен анализ пространственного и пространственно-временнго распределений очагов цунами тектонического происхождения за последние 112 лет. Для анализа использованы материалы опубликованных баз данных по цунами (ITDB, RUSSIA; NASA, USA) и мировых сейсмических каталогов (NEIC USA). Установлено, что в начале прошлого века (1905–1920 гг.) и в начале этого века (2004–2011 гг.) наблюдалась ярко выраженная активизация сейсмического процесса и рост общей энергии цунамигенных землетрясений. Изучение пространственно-временнй периодичности событий на основе анализа двумерных распределений очагов тектонических цунами позволило выделить локализованные широтные зоны с полным отсутствием событий (90°–75° N, 45°–90° S, 35°–25° N), области периодического возникновения цунами преимущественно в средних широтах (65°–35°N и 25°–40° S) и в приэкваториальных широтах (15°N–20° S) Северного и Южного полушарий. Поставлена задача проанализировать пространственно-временне распределения очагов цунамигенных землетрясений и эффект периодичности появления очагов цунами, используя мировые каталоги цунами. Выполнен анализ пространственного и пространственно-временнго распределений очагов цунами тектонического происхождения за последние 112 лет. Для анализа использованы материалы опубликованных баз данных по цунами (ITDB, RUSSIA; NASA, USA) и мировых сейсмических каталогов (NEIC USA). Установлено, что в начале прошлого века (1905–1920 гг.) и в начале этого века (2004–2011 гг.) наблюдалась ярко выраженная активизация сейсмического процесса и рост общей энергии цунамигенных землетрясений. Изучение пространственно-временнй периодичности событий на основе анализа двумерных распределений очагов тектонических цунами позволило выделить локализованные широтные зоны с полным отсутствием событий (90°–75° N, 45°–90° S, 35°–25° N), области периодического возникновения цунами преимущественно в средних широтах (65°–35°N и 25°–40° S) и в приэкваториальных широтах (15°N–20° S) Северного и Южного полушарий. Поставлена задача проанализировать пространственно-временне распределения очагов цунамигенных землетрясений и эффект периодичности появления очагов цунами, используя мировые каталоги цунами. е распределения очагов цунамигенных землетрясений и эффект периодичности появления очагов цунами, используя мировые каталоги цунами.

ИВАНОВ В.А. — 2014 г.

В рамках российско-украинской программы “Черное море как имитационная модель океана” рассматривается задача мониторинга морской среды с помощью современных измерительных систем. На основе исторических и современных данных наблюдений дается оценка пространственно-временнх масштабов доминирующих процессов в Черном море. Описываются основные измерительные системы, использующиеся для наблюдения структуры и изменчивости гидрофизических полей. Приводятся примеры, характеризующие специфику процессов, протекающих в Черном море. х масштабов доминирующих процессов в Черном море. Описываются основные измерительные системы, использующиеся для наблюдения структуры и изменчивости гидрофизических полей. Приводятся примеры, характеризующие специфику процессов, протекающих в Черном море.

НОСОВ М.А., СЕМЕНЦОВ К.А. — 2014 г.

Получено аналитическое решение задачи об определении начального возвышения в очаге цунами, которое сформировано малыми остаточными деформациями плоского наклонного дна. Данное вновь полученное решение сопоставлено с известным аналитическим решением эквивалентной задачи на горизонтальном дне. Показано, что использование аналитического решения на горизонтальном дне при расчете начальных возвышений в очагах реальных цунами обеспечивает достаточную для практических целей точность.

ЛЫКОСОВ В.Н. — 2014 г.

СЕМЁНОВ В.А. — 2014 г.

Проведен анализ численных экспериментов с моделью общей циркуляции атмосферы (МОЦА) ECHAM5 с использованием эмпирических данных HadISST1.1 по температуре поверхности океана (ТПО) и концентрации морского льда (КМЛ) в ХХ веке в качестве граничных условий. Эксперименты показывают, что модель хорошо воспроизводит потепление последних 30 лет ХХ века в Арктике в зимний период, но не способна воспроизвести потепление середины ХХ века. Поскольку изменения ПТВ в Арктике в зимний период тесно связаны с аномалиями КМЛ, предполагается, что причиной расхождения является отсутствие отрицательной аномалии КМЛ в заданных граничных условиях в период потепления середины ХХ века. Также показано, что без заданных изменений площади ледяного покрова модель не воспроизводит температурный тренд в Артике в последние 30 лет XX века. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что потепление середины ХХ века сопровождалось значительной отрицательной аномалией площади льда в Арктике в зимний период, сравнимой с современными трендами, а также указывают на значительный вклад естественной изменчивости в современные климатические изменения.

ГРАНИН Н.Г., КУЧЕР К.М., СМИРНОВ С.В., СТУРОВА И.В. — 2014 г.

Проведены измерения колебаний свободной поверхности озера Байкал на трех станциях: г. Байкальск, п. Листвянка и Большие Коты. Использованы современный метод регистрации и усовершенствованная методика обработки измерений. По данным наблюдений годичной длительности проведен анализ амплитуд сейшевых колебаний и их сезонной изменчивости. Установлено, в частности, что сейша с периодом 67 мин проявляется в различные сезоны года. Численные расчеты сейш Байкала выполнены с использованием уточненных батиметрических данных по одномерной, плановой и сферической моделям. Исследована пространственная структура колебаний с периодами 277, 152, 84, 67 и 59 мин, соответствующими хорошо выраженным максимумам спектральной плотности мощности. Показано, что первые четыре периода соответствуют одно-, двух-, трех- и четырехузловой продольным сейшевым модам Байкала. К значению 59 мин близки периоды трех решений. Первое – сейша Южной впадины Байкала, два других характеризуются существенным усилением амплитуды в Малом Море и Чивыркуйском заливе.

ГУСЯКОВ В.К. — 2014 г.

Рассматриваются проблемы оценки цунамиопасности морских побережий при учете риска возникновения сильнейших цунами сейсмического происхождения. Выделен класс особо опасных трансокеанских событий, характеризующихся предельно высокими заплесками (до 40–50 м) на протяженных участках побережья (до 500–1000 км). Источником таких трансокеанских цунами в большинстве случаев являются подводные мегаземлетрясения с магнитудой 9.0 и выше, возникающие с повторяемостью от 200–300 до 1000–1200 лет на некоторых участках зон субдукции. Учет возможности возникновения таких землетрясений в субдукционных зонах, непосредственно угрожающих данному побережью, необходим при построении карт цунамирайонирования любого масштаба.

АБДУЛЛАЕВ С.Ф., МАСЛОВ В.А., НАЗАРОВ Б.И., САЛИХОВ Т.Х. — 2014 г.

Проведены исследования вариации содержания водяного пара W в атмосфере аридной зоны. Сезонные колебания величины W характеризуются для аридной зоны изменением влагосодержания от 2.3 до 3.6 раз при переходе от зимы к лету. Для летне-осеннего периода характерен хорошо выраженный полуденный минимум влагосодержания. В зимний период наблюдается монотонное уменьшение влагосодержания в течение дня. Весной содержание водяного пара имеет широкий максимум в середине дня. Содержание водяного пара в атмосфере в период пылевой мглы увеличивается до двух раз.

БАЙДАКОВ Г.А., ВДОВИН М.И., КАНДАУРОВ А.А., СЕРГЕЕВ Д.А., ТРОИЦКАЯ Ю.И. — 2014 г.

На Ветро-волновом канале ИПФ РАН выполнены лабораторные эксперименты по исследованию структуры воздушного турбулентного пограничного слоя над волнами при условиях, моделирующих приводный пограничный слой атмосферы при сильном и ураганном ветре, при эквивалентных скоростях ветра на стандартной высоте 10 м от 10 до 48 м/с. С использованием модифицированной техники цифровой оптической анемометрии (PIV) получены осредненные по турбулентным пульсациям поля скорости воздушного потока над поверхностью воды, искривленной волной, и средние профили скорости ветра. Измерения показали, что логарифмический участок профиля скорости воздушного потока в канале наблюдался в непосредственной близости от водной поверхности (на расстоянии менее 30 мм) и мог быть обнаружен только с помощью дистанционных методов (PIV). По измеренным профилям скорости восстановлены зависимости коэффициентов аэродинамического сопротивления поверхности воды от скорости ветра на высоте 10 м, проведено их сравнение с результатами контактных измерений, выполненных ранее на той же установке. Показано их согласие с точностью до 20%, причем при умеренных и сильных скоростях ветра наблюдается совпадение в пределах экспериментальной точности.

ЖИДКОВ А.А., КАЛИНИН А.В., МАРЕЕВ Е.А., СЛЮНЯЕВ Н.Н. — 2014 г.

Проанализирована постановка задачи о моделировании глобальной атмосферной электрической цепи. При некоторых относительно простых и общеупотребительных упрощающих предположениях показано, что задача может быть сведена к отысканию зависимости потенциала электрического поля от времени и пространственных координат по заданным генераторам, определяемым плотностью стороннего электрического тока и отвечающим грозовым облакам в реальной атмосфере, причем ионосферный потенциал (разность потенциалов между верхней и нижней границами атмосферы) не задается явно, а однозначно определяется из решения. Приведены формулировки как стационарной, так и нестационарной задач в терминах полей и в терминах потенциала, обсуждается их корректность. При некоторых ограничениях на распределение проводимости получен ряд аналитических соотношений, в том числе формулы, явно выражающие ионосферный потенциал через параметры задачи. Продемонстрированы примеры численных расчетов с помощью программного комплекса, построенного на основе обобщенных формулировок стационарной и нестационарной задач.

КИСТОВИЧ А.В., ЧАШЕЧКИН Ю.Д. — 2014 г.

Течения стратифицированной жидкости, возбуждаемые крутильными или линейными гармоническими колебаниями кольца вдоль поверхности бесконечного вертикального цилиндра, рассчитаны методами теории возмущений. Полные решения линеаризованной системы уравнений с граничными условиями прилипания для скорости и непротекания для вещества построены с учетом вязкости и диффузии. Выделены возмущения, составляющие конический пучок трехмерных внутренних волн, и семейства мелкомасштабных компонент. Приведены формулы для расчета волн в средах с различными значениями числа Шмидта.