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

АРЕФЬЕВ В.Н., КАМЕНОГРАДСКИЙ Н.Е., КАШИН Ф.В., ШИЛКИН А.В. — 2014 г.

в год. е изменения фоновой концентрации СО2 с погрешностью менее 1%. Антропогенная добавка СО2 в атмосферу состоит из случайной составляющей и долговременного тренда. За 13 лет наблюдений антропогенная добавка составила 33 млн-1 при средней скорости роста 2.04 млн-1 в год.

ГЛЕДЗЕР A.E. — 2014 г.

Приведены результаты численных расчетов в рамках уравнений мелкой воды для течений в лабораторных экспериментах с вращающимся кольцевым каналом. Для моделирования экспериментальных источников-стоков жидкости в уравнения для глубины слоя вводится осесимметричная функция источника массы, которая вместе с силой Кориолиса создает встречные зональные потоки. Различные конфигурации и амплитуды источников массы приводят к возникновению вихревых движений в канале с различными циркуляционными движениями в вихрях и азимутальными перемещениями их центров вдоль канала. Приведены диаграммы режимов в параметрах относительных угловых скоростей осредненного зонального потока и переноса вихрей вокруг оси вращения системы. Обсуждаются отличия теории от реальных экспериментов с течениями конечной глубины в канале.

БЕЙЗЕЛЬ С.А., ГУСЯКОВ В.К., ЧУБАРОВ Л.Б., ШОКИН Ю.И. — 2014 г.

Представлены результаты численного моделирования воздействия удалённых цунами на Дальневосточное побережье России. Показано, что наиболее опасными для этого побережья являются волны, порожденные очагами сильнейших землетрясений класса M9 в районе южно-чилийского побережья, а также в районе Папуа–Новой Гвинеи и Соломоновых островов. Другие цунамигенные зоны Тихого океана, в силу их географического расположения, ориентации очагов и отсутствия выраженных волноводов (подводных хребтов) вдоль трасс распространения цунами, не являются для него опасными даже при предельно возможной магнитуде подводных субдукционных землетрясений. Результаты моделирования сопоставлены с историческими данными о проявлениях удалённых цунами на Дальневосточном побережье РФ.

ЕФИМОВ В.В., ЯРОВАЯ Д.А. — 2014 г.

С использованием численной модели региональной атмосферной циркуляции WRF-ARW исследована структура конвективно-механического планетарного пограничного слоя (ППС) в атмосфере над Черным морем для случая вторжения холодного воздуха. Выделены особенности развития конвективного ППС, характерные для квазистационарного, но существенно неоднородного по пространству развития конвекции. Для изучения мелкомасштабной структуры ППС на основании серии тестовых расчетов выбрана численная схема, явно разрешающая конвективные движения в ППС. Выполнено сравнение рассчитанных горизонтальных масштабов конвективных движений с данными спутниковых снимков облачности. Рассмотрена вертикальная структура конвективных движений. Показана существенная асимметрия конвективных пульсаций, оценены вертикальные профили компонент поля скорости, а также составляющих вертикальных потоков тепла. Оценены величины отдельных слагаемых уравнения баланса кинетической энергии конвективных движений (ККЭ) и показано, что генерация ККЭ происходила в основном за счет сил плавучести и в меньшей степени за счет сдвига средней скорости.

ГАВРИЛОВ Н.М., КШЕВЕЦКИЙ С.П. — 2014 г.

Кратко описан численный алгоритм для моделирования вертикального распространения и разрушения нелинейных акустико-гравитационных волн (АГВ) от земной поверхности до верхних слоев атмосферы. Монохроматические вариации вертикальной скорости на поверхности земли используются в качестве источника АГВ в модели. Используемый алгоритм решения гидродинамических уравнений основан на трехмерных конечно-разностных аналогах основных законов сохранения. Такой подход позволяет отбирать физически правильные обобщенные волновые решения гидродинамических уравнений. Численное моделирование проводится в области высот от поверхности земли до 500 км. Вертикальные профили фоновых температуры, плотности, коэффициентов молекулярной вязкости и теплопроводности задаются по моделям стандартной атмосферы. Расчеты выполнены для различных амплитуд волнового источника на нижней границе. Амплитуды АГВ увеличиваются с высотой, и волны могут разрушаться в средней и верхней атмосфере.

КУЛИКОВ Е.А., ФАЙН И.В., ЯКОВЕНКО О.И. — 2014 г.

Мегаземлетрясение 11 марта 2011 г. вызвало катастрофическое цунами, зарегистрированное по всей акватории Тихого океана. В данной работе анализируются записи уровня, полученные глубоководными регистраторами цунами (DART и NEPTUNE). Чтобы оценить эффект затухания колебаний уровня, был выполнен статистический анализ данных наблюдений и численное моделирование генерации и распространения цунами. Основная цель – выявление физических механизмов формирования и эволюции волнового поля цунами на масштабах до десятков тысяч км по пространству и до нескольких суток по времени. Показано, что “время жизни” цунами в океане определяется процессами диффузии и диссипации волновой энергии. Временной масштаб затухания дисперсии колебаний уровня, вызванных цунами, составляет приблизительно одни сутки. В результате многократных отражений и рассеяния на неоднородностях рельефа дна поле вторичных волн цунами становится случайным и некогерентным: распределение волновой энергии в океане приходит к статистическому равновесию в соответствии с законом Рэлея–Джинса о равнораспределении энергии волн по степеням свободы. После прохождения фронта цунами плотность энергии вторичных волн оказывается приблизительно обратно пропорциональна глубине.

ГЛАЗУНОВ А.В. — 2014 г.

При помощи LES-модели проведены расчеты турбулентных течений над поверхностями с явно заданными элементами шероховатости, имитирующими городскую застройку. Представлены результаты расчетов при нейтральной стратификации. Приводится сравнение некоторых статистических характеристик течения над неоднородной поверхностью с характеристиками течения над плоской поверхностью. Обсуждаются результаты спектрального анализа, проведенного с целью выделения характерных масштабов длины. Показана связь длины пути смешения Прандтля с масштабом турбулентности, определенным через средневзвешенное по коспектру волновое число. Определены значения параметра шероховатости и высоты вытеснения для трех различных конфигураций объектов на поверхности.

ГЛАЗУНОВ А.В. — 2014 г.

При помощи LES-модели проведены расчеты устойчиво-стратифицированных турбулентных течений над поверхностями с явно заданными элементами шероховатости. Обсуждаются и сравниваются результаты расчетов при различном распределении динамического внешнего воздействия по высоте. Вычислены пространственные спектры и коспектры турбулентных пульсаций скорости и исследованы различные способы их нормировки. Предложена параметризация для масштаба турбулентности, позволяющая аппроксимировать средние профили скорости и температуры.

ГЛАЗУНОВ А.В. — 2014 г.

При помощи LES-модели проведены расчеты турбулентных течений при устойчивой стратификации над поверхностями с явно заданными элементами шероховатости, имитирующими городскую застройку. Предложен метод постановки численных экспериментов, позволяющий достичь квазиустановившегося состояния турбулентного потока с заданным значением масштаба Обухова L у поверхности. Показано, что для вычисления профилей температуры и скорости над такими объектами можно использовать те же универсальные зависимости, что и над плоской поверхностью. Обнаружено, что устойчивая стратификация не оказывает влияния на величину параметра шероховатости z0u и высоту вытеснения D.

ДИАНСКИЙ Н.А., НОВОТРЯСОВ В.В., СТЕПАНОВ Д.В. — 2014 г.

С помощью модели общей циркуляции океана, разработанной в ИВМ РАН, выполнено воспроизведение отклика циркуляции Японского моря (ЯМ) в период 1958–2006 гг. на реалистичное атмосферное воздействие, рассчитанное по данным СОRE [1]. По результатам численного моделирования проведено изучение особенностей межгодовой изменчивости циркуляции в промежуточном и глубинном слоях центральной части ЯМ. Для этого выполнены расчеты пространственно-временнй изменчивости относительной завихренности. Рассчитаны частотные спектры ее изменчивости на горизонтах 500, 800 м и средней по слою между указанными горизонтами. Спектры имеют квазидискретную структуру с максимумами, расположенными в окрестности периодов 4–5 лет, 7 и 10 лет. Установлено совпадение между соответствующими этим периодам частотами и ранее выявленными частотами межгодовой изменчивости натурного поля температуры в промежуточном слое ЯМ во второй половине ХХ века. й изменчивости относительной завихренности. Рассчитаны частотные спектры ее изменчивости на горизонтах 500, 800 м и средней по слою между указанными горизонтами. Спектры имеют квазидискретную структуру с максимумами, расположенными в окрестности периодов 4–5 лет, 7 и 10 лет. Установлено совпадение между соответствующими этим периодам частотами и ранее выявленными частотами межгодовой изменчивости натурного поля температуры в промежуточном слое ЯМ во второй половине ХХ века.

ПОГРЕБНОЙ А.Е., САМОДУРОВ А.С. — 2014 г.

Проведен подробный анализ гидрологии, гидродинамики и микроструктуры антициклонического вихря. Для этого были использованы натурные данные, полученные в мае 2004 г. в северо-западной части Черного моря на краю шельфовой зоны. Исследуются пространственные распределения частоты Брента–Вяйсяля, локального геострофического числа Ричардсона и областей перемешивания с вертикальным масштабом порядка 2 м. Анализируются возможные механизмы генерации и поддержания наблюдаемых перемешанных слоев. Сделан вывод о том, что исследованный вихрь в северо-западной части Черного моря (так же как, вероятно, и другие природные вихри и сдвиговые течения) способен модифицировать тонкую слоистую структуру скалярных гидрофизических полей в верхнем 150-метровом слое, формируя и поддерживая за счет актов локальной сдвиговой неустойчивости горизонтального потока слои пониженных вертикальных градиентов характеристик с масштабами 2 м по вертикали и до 50–100 км по горизонтали.

АНИСИМОВ С.В., АФИНОГЕНОВ К.В., ГАЛИЧЕНКО С.В., ШИХОВА Н.М. — 2014 г.

Исследовано электрическое состояние среднеширотного конвективного атмосферного пограничного слоя (АПС), невозмущенного облачностью, осадками, туманом, промышленными аэрозолями. Разработана численная модель, позволяющая оценивать электроаэродинамическое состояние конвективного АПС. Выполнена параметризация предлагаемой модели посредством результатов натурных наблюдений и лабораторных экспериментов. Согласно модели в горизонтально однородном приближении с высоким пространственно-временнм разрешением рассчитаны высотные профили напряженности атмосферного электрического поля, плотности объемного заряда, удельной электрической проводимости и плотности атмосферного электрического тока. м разрешением рассчитаны высотные профили напряженности атмосферного электрического поля, плотности объемного заряда, удельной электрической проводимости и плотности атмосферного электрического тока.

ИОНОВ Д.В., КШЕВЕЦКАЯ М.А., ПОБЕРОВСКИЙ А.В., ТИМОФЕЕВ Ю.М. — 2013 г.

Рассмотрены результаты регулярных наблюдений за содержанием NO2 в атмосфере по измерениям солнечного ИК-излучения в районе Санкт-Петербурга с помощью спектрометра высокого спектрального разрешения. Спектры поглощения мультиплета NO2 в окрестности 2915 см-1 позволили извлечь информацию о вариациях общего содержания NO2 в стратосфере в 2009–2011 гг. Точность этих данных оценена путем их сопоставления с данными независимых наземных и спутниковых измерений. Оценены параметры сезонного цикла стратосферного содержания NO2. Накопленный массив данных измерений в ИК-области позволил выделить компоненту дневного фотохимического роста NO2 в стратосфере и оценить его скорость.

МОХОВ И. И. — 2013 г.

Представлены результаты российских климатических исследований 2007–2010 гг. на основе обзора, подготовленного для Национального отчета по метеорологии и атмосферным наукам к XXV Генеральной ассамблее Международного геодезического и геофизического союза (г. Мельбурн, 28 июня–7 июля 2011 г.). Обсуждаются особенности климатических аномалий в российских регионах в контексте общих тенденций глобальных и региональных изменений климата и его колебаний на основе данных наблюдений и реанализа и модельных расчетов в сопоставлении с палеореконструкциями.

ГРУЗДЕВ А. Н. — 2013 г.

Спектральным методом и методом группирования по дням недели выполнен анализ недельной цикличности по данным стандартного аэрологического зондирования на станции Долгопрудный близ Москвы и по результатам измерений содержания NO2 в толще стратосферы и в пограничном слое атмосферы на Звенигородской научной станции Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН в течение 1990–2010 гг. Выявлены недельные циклы содержания NO2 в вертикальном столбе стратосферы, температуры, геопотенциала, скорости меридионального ветра в тропосфере и нижней стратосфере, высоты тропопаузы в теплое полугодие (с середины апреля по середину октября). Недельные вариации температуры в тропосфере положительные в первой половине и отрицательные во второй половине недели, а вариации температуры в слое тропопаузы и в нижней стратосфере противоположны по знаку тропосферным вариациям. Недельный цикл высоты тропопаузы находится примерно в фазе с циклом тропосферной температуры, а недельный цикл содержания NO2 в стратосферной толще противоположен по фазе циклу высоты тропопаузы. Недельные вариации отмечены и в общем содержании озона над Москвой. Этот результат подкреплен расчетами на основе регрессионных связей вертикального распределения озона с высотой тропопаузы. Предложены концептуальные механизмы недельной цикличности.

АГОШКОВ В.И., ПАРМУЗИН Е.И., ШУТЯЕВ В.П. — 2013 г.

Сформулирована и численно исследована задача вариационной ассимиляции данных о температуре поверхности моря для модели динамики Черного моря с целью восстановления потоков тепла на поверхности. Проведено исследование чувствительности оптимального решения к погрешностям данных наблюдений. Приведены результаты численных экспериментов.

КОНВЕЙ Т., МАКАРОВА М. В., ПОБЕРОВСКИЙ А. В., РАКИТИН А. В., ТИМОФЕЕВ Ю. М. — 2013 г.

Приведены результаты наземных спектроскопических измерений средних по высоте отношений смеси (ОС) СО2 в районе Санкт-Петербурга за период апрель 2009–октябрь 2011 гг. ( 900 измерений, 151 день измерений). Данные измерений показали наличие значительных вариаций ОС СО2 вблизи Санкт-Петербурга. Минимальное значение ОС, равное 373.1 ppm, наблюдалось 27.04.2011 г., максимальное (420.8 ppm) – 10.02.2010 г. В 2009 г. наблюдался типичный сезонный ход ОС СО2 с минимумом в летние месяцы. В июле 2010 и 2011 гг. наблюдались повышенные значения ОС СО2, вероятно, обусловленные высокими температурами. В 2010 г. дополнительный вклад в увеличение ОС СО2 могли внести мощные природные пожары.

ГОЛУБЯТНИКОВ Л.Л., КАЗАНЦЕВ В.С. — 2013 г.

На основе экспериментальных данных оценена эмиссия метана из тундровых озер Западной Сибири. Согласно полученным оценкам, величина потока метана с поверхности озер в атмосферу за теплый период года в арктической тундре составляет 0.5 КтСН4, в типичной тундре 2.9 КтСН4, в южной тундре 8.5 КтСН4. Учитывая опубликованные оценки интенсивности образования метана в озерах северных широт в холодный период года, определена величина кратковременного весеннего выброса метана при таянии льда на озерах рассматриваемого региона. Вклад тундровых озер Западной Сибири в метановый бюджет атмосферы оценен в 20 КтСН4/год.

ГЛЕДЗЕР А. Е., ГЛЕДЗЕР Е. Б., ХАПАЕВ А. А., ЧХЕТИАНИ О. Г. — 2013 г.

Рассмотрены результаты экспериментов для турбулентных течений в тонком слое проводящей жидкости над твердой поверхностью, возбуждаемых силой Ампера при пропускании тока и действия пространственно-периодического магнитного поля. Показано, что продольные структурные функции третьего порядка поля скорости приближенно линейны по пространственному смещению и отрицательны даже на масштабах по горизонтали, на порядок превышающих толщину слоя. В этом проявляется трехмерная динамика из-за доминирующего вклада диссипации энергии при выполнении граничного условия прилипания на нижней поверхности. Для уравнения баланса энергии проведены оценки диссипации и основных слагаемых производства энергии.

СЁМКИН С.В., САВЧЕНКО В.Н., СМАГИН В.П. — 2013 г.

Рассмотрено электрическое и магнитное поле, а также поверхностные электрические заряды на границах раздела сред, индуцированные двумерной морской поверхностной и внутренней волнами. Проанализировано влияние магнитной проницаемости и электрической проводимости донных пород на индуцированные поля.