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

ПЕЛИНОВСКИЙ Е.Н., РОДИН А.А. — 2013 г.

Получено аналитическое решение нелинейных уравнений мелкой воды, определяющее высоты волн цунами, выходящих из очага. В очаге задано начальное смещение уровня воды и распределение скоростей частиц. Численное решение показало, что аналитические оценки хорошо совпадают с рассчитанными в широком диапазоне изменения характеристик очага, даже если выходящие из очага волны обрушиваются.

КАГАН Б. А., РАШИДИ Э. Х. А., СОФЬИНА Е. В. — 2013 г.

Исследование взаимодействия поверхностных М2 приливов в системе окраинных морей Северо-Европейского бассейна производится в рамках трехмерной конечно-элементной гидростатической модели QUODDY-4. С этой целью выполнены три численных эксперимента. В первом из них (контрольном) уравнения модели решаются в системе Норвежского, Гренландского, Баренцева и Белого морей и тем самым взаимодействие приливов в этих морях учитывается непосредственно. Во втором Белое море считается отсутствующим и на входе в него ставится условие непротекания. В третьем эксперименте используется подход, когда на открытой границе Белого моря задаются наблюдаемые приливные колебания уровня, определяющие существование конечного горизонтального переноса баротропной приливной энергии в Белое море. Показано, что изменения динамики приливов, представленные изменениями амплитуд и фаз приливных колебаний уровня и параметров эллипсов баротропной скорости приливного течения, во втором и третьем экспериментах по сравнению с контрольным не выходят за пределы уровня шума модели. Напротив, изменения энергетических характеристик (горизонтального волнового переноса, плотности и скорости диссипации баротропной приливной энергии) получаются одинаковыми или большими по порядку величины, нежели сами по себе эти энергетические характеристики.

АНДРИЯНОВА Н. В., ЕРМАКОВ С. А., КАПУСТИН И. А., ЛАЗАРЕВА Т. Н., СЕРГИЕВСКАЯ И. А. — 2013 г.

Выполнены комплексные экспериментальные исследования влияния фитопланктона на рассеяние водной поверхностью радиолокационных сигналов СВЧ-диапазона. Получены количественные данные о концентрации и групповом составе фитопланктона в Горьковском водохранилище в период его эвтрофирования. Установлено, что коэффициент затухания гравитационно-капиллярных волн возрастает с увеличением концентрации фитопланктона, причем рост коэффициента затухания гравитационно-капиллярных волн обусловлен увеличением как эффективной вязкости воды, так и величины упругости поверхностных пленок, связанных с фитопланктоном. Обнаружено, что интенсивность радиолокационного сигнала при неизменных метеоусловиях уменьшается в областях с повышенной концентрацией фитопланктона. Представлены результаты модельных расчетов контрастов в спектре ветровых гравитационно-капиллярных волн и интенсивности радиолокационного сигнала в зависимости от концентрации фитопланктона с использованием восстановленных значений эффективной вязкости воды и упругости пленок в зонах эвтрофирования, удовлетворительно описывающие данные наблюдений.

ДОЛИН Л. С., ТУРЛАЕВ Д. Г. — 2013 г.

Исследуется возможность коррекции рефракционных искажений изображения морского дна или подводного объекта, наблюдаемых через взволнованную водную поверхность. Предложен и апробирован быстродействующий алгоритм восстановления “регулярного” изображения по его случайной реализации и пространственному распределению уклонов поверхности в момент наблюдения. В условиях лабораторного эксперимента отработана методика определения уклонов поверхности по ее изображению и последующей коррекции изображения подводного объекта на основе полученных данных об уклонах поверхности.

БАРАНОВ В.И., ЗАЦЕПИН А.Г., КОРЖ А.О., КРЕМЕНЕЦКИЙ В.В., КУКЛЕВ С.Б., МОСКАЛЕНКО Л.В., ОСТРОВСКИЙ А.Г., ПИОТУХ В.Б., ПОДЫМОВ О.И., СТАНИЧНЫЙ С.В. — 2013 г.

Приводятся результаты натурных наблюдений, выполненных на черноморском гидрофизическом полигоне ИО РАН в 2012 г. Проанализированы данные об изменчивости вертикального распределения гидрофизических характеристик (температура, соленость, плотность воды и скорость течения) в верхнем 200-метровом слое Черного моря над континентальным склоном в холодный период года, полученные благодаря использованию автономного профилографа “Аквалог” на заякоренной буйковой станции. Установлено наличие интенсивных колебаний положения перманентного пикно-халоклина и верхней границы сероводородной зоны с характерным периодом 5–10 суток. Эти колебания вызывают короткопериодные изменения толщины кислородосодержащего слоя на 20–40 м, что составляет до одной трети его общей толщины. Проведен совместный анализ данных измерений, выполненных автономными станциями (донный ADCP, термокоса) на экспериментальном подспутниковом полигоне в прибрежной зоне г. Геленджик, метеоданных, судовой и спутниковой информации в период катастрофического ливня и наводнения 6–7 июля 2012 г. и после него. Установлено, что в результате бурного стекания мутной пресной воды в море, в области шельфа – верхней части континентального склона образовался пояс опресненных (на 1.0–2.7 psu) менее плотных вод с высокой концентрацией взвеси. Эти воды образовали квазигеострофическое вдольбереговое течение северо-западного направления, скорость которого достигала 40–50 см/c. Благодаря этому значительная часть опресненной и мутной воды за двое суток после окончания наводнения “утекла” из геленджикского района на северо-запад, а оставшаяся часть примерно за то же время очистилась от взвеси, благодаря ее оседанию на дно. На акватории гидрофизического полигона осуществлена съемка полей скорости течения и концентрации взвешенного вещества в субмезомасштабном циклоническом вихре, идентифицированном на спутниковом изображении. Установлено, что высокое (по сравнению с фоновыми значениями) содержание взвешенного вещества в приповерхностном слое вод в вихре связано с интенсивным апвеллиногом в его ядре и подъемом взвешенного вещества (по-видимому, фитопланктона) из слоя скачка температуры, где его содержание максимально.

КУРГАНСКИЙ М.В. — 2013 г.

Для адиабатических движений ненасыщенного влагой воздуха получены два результата, принципиально отличающиеся от того, что имеет место в сухой атмосфере: 1) установившееся винтовое движение влажного воздуха со всюду коллинеарными векторами скорости и завихренности динамически невозможно; 2) спонтанное усиление (генерация) спиральности во влажном воздухе за счет бароклинности динамически и термодинамически осуществимо. При отсутствии потоков спиральности через границу области, занятой воздушными потоками, разность значений интегральной спиральности H в момент времени t, отстающий на малый промежуток времени от начального t0 (в котором мгновенное состояние движения воздуха изоморфно либо установившемуся винтовому движению, либо безвихревому потоку) и начального значения H растет пропорционально (t t0)4. Ненулевое значение коэффициента пропорциональности обеспечивается различием в значениях показателя адиабаты сухого воздуха и водяного пара соответственно.

ИНГЕЛЬ Л.Х., ЯРОШЕВИЧ М.И. — 2013 г.

На большом эмпирическом материале статистически изучаются суточные вариации максимальной скорости ветра в тропических циклонах. Обнаружены заметные колебания “ускорения вращения” (скорости изменения максимальной скорости ветра), наиболее выраженные в периоды интенсификации и затухания циклонов. Суточные колебания могут заметно различаться по фазе в разных географических условиях.

ЗУБАЧЁВ Д. С., КОРШУНОВ В. А. — 2013 г.

Рассматривается задача определения микрофизических характеристик стратосферного аэрозоля по данным лидарного зондирования на длинах волн 355 и 532 нм с использованием априорной информации об аэрозольных спектрах, полученной по результатам аэростатных и самолетных измерений. Проанализирована модовая структура спектров и ее связь с интегральными микрофизическими характеристиками аэрозоля. Показано, что для большинства реализаций две аэрозольные моды (фонового и вулканического происхождения) вносят соизмеримый вклад в интегральные аэрозольные характеристики, что делает затруднительным применение традиционного метода модельных оценок. Более эффективным является использование оптической модели статистического характера, в основе которой лежат аппроксимационные зависимости между определяемыми интегральными аэрозольными характеристиками и измеряемыми лидаром оптическими характеристиками. Установлено, что площадь, объем, эффективный размер частиц и лидарное отношение на длине волны 355 нм коррелируют с абсолютными величинами коэффициентов обратного рассеяния на длинах волн 355 или 532 нм, а лидарное отношение на длине волны 532 нм – с отношением коэффициентов обратного рассеяния на этих длинах волн. Проведена оценка погрешности определения интегральных характеристик аэрозоля с помощью разработанной модели. Работоспособность модели продемонстрирована на данных реального лидарного зондирования стратосферного аэрозоля.

ЕВТУШЕНКО А.А., КУТЕРИН Ф.А., МАРЕЕВ Е.А. — 2013 г.

Предложена и исследована система уравнений для описания динамики состава мезосферы под действием высотных разрядов (спрайтов, гало), включающая 267 химических реакций и соответствующие параметризации возмущений электрического поля и температуры электронов. На основе предложенной системы проведено моделирование возмущений ионного состава, нейтральных компонент и оптических эмиссий ночной мезосферы на высотах 77–85 километров, обусловленных спрайтами. Основное внимание уделено динамике возмущений концентраций электронов и характерных для исследуемых высот ионов O , NO+, H3O+, H5O , N . Определены основные химические реакции, приводящие к возмущению концентрации ионов и рассмотрена динамика релаксации химических компонент. Учет возбужденных состояний атомов и молекул азота и кислорода позволил промоделировать излучение вспышки спрайта, а также вычислить объемную скорость эмиссии фотонов и исследовать влияние спрайта на нейтральные компоненты мезосферы.

КУЛИЧКОВ С. Н., ФИРСТОВ П. П., ЧУНЧУЗОВ И. П. — 2013 г.

Исследуется нелинейное распространение акустического импульса от точечного источника взрывного характера (наземный взрыв, вулкан) в атмосфере со слоистыми неоднородностями скорости ветра и температуры. Нелинейное искажение акустического импульса и его трансформация в N-волну по мере распространения в верхние слои атмосферы анализируется в рамках модифицированного уравнения Бюргерса, учитывающего геометрическую расходимость лучевых трубок одновременно с ростом нелинейных и диссипативных эффектов с высотой из-за уменьшения плотности атмосферы. Рассмотрена задача об отражении сферической N-волны от неоднородного слоя атмосферы с модельными вертикальными флуктуациями скорости ветра и температуры, имеющими вертикальный спектр, близкий к наблюдаемому спектру на высотах средней атмосферы. Анализируется связь параметров сигнала, отраженного от неоднородного слоя (форма, длительность, частотный спектр, интенсивность), с параметрами тонкой слоистой структуры атмосферы на высотах отражения. Предсказываемые теорией формы сигналов, отраженных от слоистых неоднородностей стратосферы и нижней термосферы, сравниваются с типичными наблюдаемыми формами стратосферных и термосферных приходов от наземных взрывов и вулканов в зонах акустической тени.

ДОЛИН Л.С., МОЛЬКОВ А.А. — 2013 г.

Исследованы возможности диагностики ветрового волнения по искажениям границы круга Снеллиуса – изображения небосвода, наблюдаемого из-под воды через взволнованную водную поверхность. Построены модели случайной реализации и статистически среднего изображения круга Снеллиуса, учитывающие различные условия освещения (сплошная облачность, ясное небо, изотропное распределение яркости по небосводу). Получены формулы для определения дисперсии уклонов поверхности по размытию границы круга Снеллиуса одномерным волнением. Методом компьютерного моделирования проанализирована зависимость точности определения дисперсии уклонов поверхности от времени накопления изображения, глубины погружения оптического приемника, скорости ветра, диапазона длин волн, формирующих волнение. На основании численного расчета и экспериментальных данных показано, что в зависимости от глубины погружения приемника и его разрешающей способности, а также мутности воды в изображении круга Снеллиуса могут проявляться волны с длинами от метров до миллиметров.

БЕРЕСНЕВ С. А., ГОРДА С. Ю., ЛУЖЕЦКАЯ А. П., МАРКЕЛОВ Ю. И., ПОДДУБНЫЙ В. А., САКЕРИН С. М. — 2013 г.

Представлены результаты исследований аэрозольной оптической толщины (АОТ) атмосферы на Среднем Урале в области спектра 0.34–1.02 мкм за 2004–2010 гг. Анализируется межгодовой, внутригодовой, сезонный и дневной ход АОТ. Рассчитаны основные статистические характеристики АОТ, параметры функции плотности вероятности распределений на разных длинах волн, параметры формулы Ангстрема для разных сезонов. Выполнено ранжирование станций мониторинга российского сегмента сети AERONET по величине АОТ. Обнаружен сдвиг весеннего максимума АОТ с марта на май по сравнению с результатами актинометрических наблюдений за период 1960–1986 гг. Дана количественная оценка влияния лесных и торфяных пожаров в регионе на величину АОТ. Предложена классификация состояний аэрозольного замутнения атмосферы по значениям АОТ.

МОХОВ И.И., СМИРНОВ Д.А. — 2013 г.

Показано, что основанный на понятии “причинности по Грейнджеру” подход при однонаправленной связи и достаточно редкой выборке рядов анализируемых данных может приводить к ошибочным выводам о двунаправленной связи. Эффект выявлен при анализе связи вариаций потока солнечного излучения и глобальной приповерхностной температуры. Представлен статистический тест для подтверждения или опровержения предположений о характере связи (однонаправленном или двунаправленном). Соответствующий анализ связи явлений Эль-Ниньо и индийского муссона подтвердил ранее сделанные выводы об их взаимном воздействии.

АДУШКИН В. В., КУДРЯВЦЕВ В. П. — 2013 г.

Предложен новый метод оценки глобальных потоков метана в атмосферу Земли, который учитывает весь спектр его источников независимо от места их расположения и позволяет рассчитывать сезонные изменения потоков метана. Численные расчеты количественных поступлений метана в атмосферу предлагаемым методом подтверждаются данными, полученными при проведении натурных наблюдений. Максимум концентрации СН4 в СП в осенний период связан с действием в арктическом регионе не учитываемых ранее источников метана. Для соблюдения условия баланса между поступлением метана в атмосферу и его стоком полная мощность источников в СП составляет не менее 530 Тг/год, в ЮП 470 Тг/год. Проведенные расчеты и анализ закономерностей поведения концентрации и массы метана в полусферах Земли показал, что глобальный поток метана с поверхности литосферы и океана в атмосферу может составлять более 1000 Тг/год.

АКПЕРОВ М. Г., МОХОВ И. И. — 2013 г.

Получены количественные оценки чувствительности количества и размеров внетропических циклонов Северного полушария к изменению приповерхностной температуры с использованием 60-летних данных NCEP/NCAR реанализа в сопоставлении с оценками на основе сравнительно простой модели циклонической и антициклонической активности в атмосфере внетропических широт, связанной с характеристиками температурной стратификации атмосферы (ММПХ-модели). В том числе сделаны модельные оценки для сухой атмосферы и для атмосферы с учетом влажности. В целом для внетропических широт с использованием данных реанализа отмечено общее уменьшение количества циклонов и плотности их упаковки во внетропических широтах с ростом приповерхностной температуры. При этом оценки параметра чувствительности количества циклонов в средних широтах и для внетропических широт Северного полушария в целом в ММПХ-модели с учетом влажности близки к полученным на основе данных реанализа. Оценено влияние меридионального градиента приповерхностной температуры и вертикального градиента температуры в тропосфере на изменение количества и размеров внетропических циклонов по данным реанализа и модельным расчетам. Отмечено, что наиболее значимые изменения количества и размеров внетропических циклонов в среднем за год связаны с вертикальным градиентом температуры в тропосфере. При этом увеличение вертикального градиента температуры в тропосфере ведет к уменьшению размера циклонов. Относительное влияние вертикального градиента температуры и меридионального градиента температуры различается для разных широтных зон.

2013

ГАВРИЛОВ Н. М., КОВАЛЬ А. В. — 2013 г.

Получены поляризационные соотношения для мезомасштабных стационарных орографических волн (МСОВ) и формулы для расчета суммарного вертикального потока волновой энергии, а также вертикального профиля амплитуды колебаний горизонтальной скорости с учетом вращения атмосферы. Получены выражения для полного волнового потока тепла, ускорений среднего потока и притоков тепла, создаваемых МСОВ. Выполнены расчеты характеристик МСОВ, распространяющихся в атмосфере от поверхности Земли до высот нижней термосферы. Показано, что МСОВ могут оказывать существенное воздействие на циркуляцию и тепловой режим средней и верхней атмосферы.

КОНСТАНТИНОВ О. Г., НОВОТРЯСОВ В. В. — 2013 г.

Приводятся результаты обработки оптических изображений поверхности в прибрежной зоне Японского моря с проявлениями внутренних гравитационных волн (ВГВ) в районе полуострова Гамов, а также результаты анализа натурных наблюдений за полем ВГВ в этом районе. По результатам обработки изображений определены параметры ВГВ: их длины и фазовые скорости. С помощью математической модели, учитывающей натурные даные о вертикальной стратификации прибрежных вод и нелинейность волнового процесса, выполнены расчеты параметров ВГВ в районе наблюдений. Сравнение параметров ВГВ, полученных с помощью модельных расчетов, с параметрами, полученными в результате обработки оптических изображений, показало их хорошее совпадение.

КАНАТЬЕВ А.Г., КАСАТКИНА Е.А., ТИМОНЕН М., ШУМИЛОВ О.И. — 2013 г.

Впервые выявлены особенности воздействия наиболее мощных (VEI 5) вулканических извержений на региональный климат Мурманской области по дендрохронологическим данным Кольского п-ова за период, превышающий 560 лет. Для анализа использовалась древесно-кольцевая хронология, охватывающая период с 1445 по 2005 гг. Данная хронология получена по образцам сосны Pinus sylvestris, отобранных вблизи северного предела произрастания леса в районе ст. Лопарская (68°37 N; 33°14 E). Обработка проводилась с использованием современных методик, применяемых в дендрохронологии (перекрестное датирование, стандартизация). Показано, что наблюдается существенное понижение радиального прироста в среднем в течение 8 лет после извержений, затем происходит ее восстановление до нормального уровня. Полученный результат поможет оценить реакцию региональной климатической системы на воздействие внешних климатообразующих факторов в экономически важном для России регионе.

ГОЛИЦЫН Г.С., ПОГАРСКИЙ Ф.А., ПОЛНИКОВ В.Г. — 2013 г.

. различного осреднения; экстремальные и средние значения слагаемых ПЭМ; оценены их сезонная и межгодовая изменчивость, а также 12-летний тренд средних величин. й изменчивости поля переноса механической энергии из атмосферы в океан (ПЭМ) выполнен на основе раздельного численного моделирования эволюции слагаемых функции источника модели ветровых волн для акватории Индийского океана за период 1998–2009 гг. Поле ПЭМ описывается двумя интегральными величинами, рассчитанными на единицу площади: скоростью полного притока энергии от ветра к волнам IЕ(x, t) и скоростью потерь энергии ветровых волн DE(x, t). Для решения задачи использовалось поле ветра W(x, t) из архива NCEP/NOAA, а поля IЕ(х t) и DE(x, t) были рассчитаны путем использования численной модели WAM с модифицированной функцией источника, предложенной ранее. Получены карты полей IЕ(х t) и DE(x, t). различного осреднения; экстремальные и средние значения слагаемых ПЭМ; оценены их сезонная и межгодовая изменчивость, а также 12-летний тренд средних величин.