Цикл работ на конкурс 2007 г.

Астафьева Н.М., Шарков Е.А., Онищенко О.Г.

Крупномасштабные вихревые структуры, осуществляющие перенос тепла и влаги в атмосфере: теоретические исследования и детектирование по данным микроволнового спутникового мониторинга

Цикл состоит из 8 статей, в которых рассмотрены некоторые проблемы динамики атмосферы и полярного переноса тепла и массы. Полярный перенос осуществляет тепло- массоперенос из экваториальных широт в средние и средне–высокие широты, сглаживает градиенты тепла и совместно с парниковым эффектом создает благоприятные условия на планете. Пространственно–временная динамика полярного переноса тесно связана с актуальной проблемой изменчивости климата. В работах цикла:

проведено теоретическое исследование структуры элементов общей циркуляции атмосферы, таких как зональный поток, меридиональная циркуляция [1] и планетарные волны (волны Россби, в частности) [2];

пространственно–временная динамика атмосферных процессов разного масштаба изучается по данным спутникового мониторинга [3–8]:

· создана электронная коллекция глобальных радиотепловых полей планеты [3, 4],

· разработаны адекватные проблеме математические методы анализа данных [5, 7],

· изучены междугодовые и сезонные изменения влагозапаса атмосферы [6],

· проведено детектирование вихревых структур, осуществляющих полярный перенос влаги в атмосфере [7, 8].

Основными, наиболее важными результатами работ цикла являются следующие.

• [1]. Динамика планетарного масштаба изучается на основе численного решения задачи о движениях, формирующихся во вращающемся сферическом слое под влиянием условий, имитирующих глобальные потоки тепла в атмосфере. Показано, что система формирующихся вихревых структур планетарного масштаба управляет процессами переноса тепла и углового момента в слое. В результате можно наблюдать дифференциальное вращение жидкости, в частности, явления супер- и субротации зонального потока и «полосатую» структуру (скорости и температуры) на внешней границе.
• [2]. Представлен обзор результатов теоретического исследования планетарных волн и зональных ветров в атмосфере. Значительное внимание уделяется роли нелинейных эффектов. Обсуждается новый механизм генерации зональных ветров в атмосферах планет.
• [3, 4]. Сконструирован алгоритм, основанный на межвитковом и кросс- аппаратном выравнивании и дополнении, позволяющий восполнить недостающую информацию (полосовые спутниковые данные не полностью покрывают поверхность планеты) и построить глобальные радиотепловые поля планеты по данным всех космических аппаратов F10–F15 серии DMSP. Сформирована электронная коллекция GLOBAL–Field многолетних глобальных полей радиояркостной температуры с хорошим пространственно–временным разрешением, делающим ее пригодной для дальнейшего научного анализа — два полных поля в сутки с шагом 0.5´0.5° по поверхности. На настоящее время коллекция содержит информацию за 1995–2006 гг и постоянно пополняется.
• Разработаны адекватные проблеме математические методы анализа данных спутникового мониторинга, основанные на математическом аппарате вейвлет–преобразования [5] и построении «диаграммы переноса» [7], позволяющей пространственно–временные изменения переноса влаги над акваториями Мирового океана.
• [6] Изучены внутри- и междугодовые изменения пространственного распределения влагозапаса тропосферы по данным спутникового мониторинга Земли. Показано, что существует согласие между распределением яркостной температуры по планете и областями активного циклогенеза. Междугодовая динамика полей отклонений влагозапаса (от среднего за 1999–2005) отражает особенности общей циркуляции атмосферы — основные центры действия и квазистационарные крупномасштабные атмосферные осцилляции (такие как Антарктическая, Северо–Атлантическая и Индо–Тихоокеанская, например).
• [7] Совместный анализ «диаграмм переноса» и динамики атмосферы по ежесуточным радиотепловым полям (из электронной коллекции GLOBAL-Field) позволил показать, что яркостную температуру в резонансной линии водяного пара и энергетику атмосферы определяют интенсивные горизонтальные движения. Тропические циклоны, формирующиеся в приэкваториальной зоне и продвигающиеся в средние и средне–высокие широты, осуществляют горизонтальный перенос энергии (влаги и тепла). Минимум влагозапаса в высоких широтах хорошо согласуется с нисходящей ветвью меридиональной ячейки Ферреля общей циркуляции атмосферы.
• [8] Продемонстрированы возможности использования полей глобальных радиотепловых полей планеты для изучения переноса тепла и массы (влаги особенно) из приэкваториальных областей в средние и средне–высокие широты. Выполнить оценки энергетического вклада водяного пара, мелко- и крупнокапельных облачных систем по оптическим и ИК- данным не представляется возможным в принципе, поскольку они несут информацию от относительно тонкого (десятки – сотни метров) верхнего слоя облачных систем.

Цикл рекомендуется научно-техническим советом отдела N 55 к представлению на конкурс научных работ ИКИ РАН 2007г. ( см. протокол НТС отдела N 55 от 01.11.07).

1. Астафьева Н.М. Структуры, формирующиеся во вращающемся сферическом слое под влиянием условий, имитирующих глобальные потоки тепла в атмосфере // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006, том 2, С. 245-256.

2. Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М. Планетарные волны и зональные ветры в атмосферах планет // Геофизические исследования, вып.6, С. 129-147, М., ИФЗ РАН, 2006.

3. Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Глобальное радиотепловое поле системы океан – атмосфера // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2005, том 2, С. 8-16.

4. Астафьева Н.М, Раев М.Д., Шарков Е.А. Глобальное радиотепловое поле системы океан – атмосфера по данным микроволновых космических комплексов // Исследования Земли из космоса, 2006, № 3. С. 64-69.

5. Астафьева Н.М., Раев М.Д., Комарова Н.Ю. Локализованный спектральный анализ в геофизике // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2005, том 1, С. 77-87.

6. Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Внутри- и междугодовые изменения влагозапаса тропосферы по данным спутникового мониторинга Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007, том Х, С. ххх-ххх.

7. Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Изучение полярного переноса в атмосфере Земли методами дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007, том Х, С. ххх-ххх.

8. Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Спутниковая СВЧ-радиометрия урагана ALBERTO: траектория и эволюция от тропических до средних широт // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007, том Х, С. ххх-ххх.