ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 5. С. 19-25

Моделирование прохождения крупномасштабных ВГВ из тропосферы в ионосферу

А.И. Суслов 1 , Н.С. Ерохин 2, 1 , Л.А. Михайловская 2 , С.Н. Артеха 2 , А.А. Гусев 2 
1 Российский университет дружбы народов, Москва, Россия
2 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 08.07.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-5-19-25
На основе двумерных численных расчетов траекторий внутренних гравитационных волн (ВГВ) рассмотрено распространение ВГВ в неоднородной по вертикали атмосфере с тропосферных высот в ионосферу при наличии зональных потоков с учетом их неоднородности по высоте. В тропосфере внутренние гравитационные волны могут возбуждаться при развитии процессов типа крупномасштабных вихрей, землетрясений и других. Для ряда данных по высотным профилям частоты Вяйсяля–Брента и высотному профилю скорости зонального потока в атмосфере выполнен анализ возможности прохождения мелкомасштабных и среднемасштабных внутренних гравитационных волн из тропосферы в ионосферу на высоту более 80 км. Согласно численным расчетам, в зависимости от параметров ВГВ и зонального потока в атмосфере возможны различные варианты распространения ВГВ в вертикально неоднородной системе тропосфера-ионосфера. В частности, подтверждается ранее сделанный вывод, что при наличии в атмосфере критических слоев или слоев вертикального отражения прохождение ВГВ в ионосферу невозможно. При наличии критического слоя внутренняя гравитационная волна, распространяясь к нему снизу, сильно замедляется, вертикальная компонента волнового вектора сильно увеличивается и ВГВ около критического слоя распространяется практически горизонтально. Причем за счет большого возрастания вязкости она реально полностью поглощается на высоте критического слоя. В зависимости от исходных параметров системы возможна ситуация, когда на некоторой высоте возникает слой горизонтального отражения и ВГВ отражается (распространяясь при этом наверх) назад — к источнику ее возбуждения. Затем выше может возникнуть слой вертикального отражения, и волна, распространяясь от него вниз, вновь подходит к слою горизонтального отражения. После отражения в нем ВГВ возвращается к источнику уже с другой стороны. Согласно проведенным численным расчетам динамики ВГВ, горизонтальное смещение пакета ВГВ при распространении из тропосферы в ионосферу может быть большим (в зависимости от выбора исходных параметров задачи, высотных профилей зонального потока, частоты Вяйсяля-Брента) и может составлять тысячи километров. Следовательно, в условиях реализации прохождения ВГВ из тропосферы на ионосферные высоты предвестники кризисных событий в ионосфере (включая возмущения плазмы) могут наблюдаться спутниковой аппаратурой на больших расстояниях по горизонтали от источника генерации внутренних гравитационных волн. Это обстоятельство следует учитывать при анализе и интерпретации экспериментальных данных по связи ионосферных возмущений с кризисными событиями, например, землетрясениями, тропическими циклонами и др.
Ключевые слова: внутренние гравитационные волны, тропосфера, частота Вяйсяля-Брента, зональный поток, критический слой, предвестники, ионосфера
Полный текст

Список литературы:

  1. Абурджаниа Г.Д. Самоорганизация акустико-гравитационных вихрей в ионосфере перед землетрясением // Физика плазмы. 1996. Т. 22. № 10. С. 954–959.
  2. Госсард Э.Э., Хук У.К. Волны в атмосфере. М.: Мир, 1978. 532 с.
  3. Ерохин Н.С., Шалимов С.Л. Ионосферные эффекты, инициированные интенсивными атмосферными вихрями // Международ. конф. МСС-04 «Трансформация волн, когерентные структуры и турбулентность»: сб. тр. М.: Рохос, 2004. С. 426–434.
  4. Ерохин Н.С., Михайловская Л.А., Шалимов С.Л. Прохождение крупномасштабных внутренних гравитационных волн через ветровые структуры в нижней и средней атмосфере на ионосферные высоты // Геофизические исследования. 2007. Вып. 7. С. 53–64.
  5. Ерохин Н.С., Некрасов А.К., Шалимов С.Л. Коллапс внутренних гравитационных волн в двумерно-неоднородной атмосфере Ч. 1 // Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т. 34. № 6. С. 150–160.
  6. Иванов Ю.А., Морозов Е.Г. Деформация внутренних гравитационных волн потоком с горизонтальным сдвигом скорости // Океанология. 1974. Т. 14. № 3. С. 135–141.
  7. Липеровский В.А., Похотелов О.А., Шалимов С.Л. Ионосферные предвестники землетрясений. М.: Наука, 1992. 304 с.
  8. Миропольский Ю.З. Динамика внутренних гравитационных волн в океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 302 с.
  9. Перцев Н.Н., Шалимов С.Л. Генерация атмосферных гравитационных волн в сейсмически активном регионе и их влияние на ионосферу // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 2. С. 111–118.
  10. Степанянц Ю.А., Фабрикант А.Л. Распространение волн в сдвиговых гидродинамических течениях // Успехи физ. наук. 1989. Т. 159. Вып. 1. С. 83–123.
  11. Черный И.В., Чернявский Г.М., Успенский А.Б., Пегасов В.М. СВЧ-радиометр МТВЗА спутника «Метеор-3М» № 1: Предварительные результаты летных испытаний // Исследование Земли из космоса. 2003. № 6. С. 35–48.
  12. Buhler O., McIntyre M.E. On Shear-Generated Gravity Waves that Reach the Mesosphere. Part I: Wave Generation // J. Atmospheric Sciences. 1999. Vol. 56. P. 3749–3763.
  13. Dhaka S.K., Murthy B.V.K., Nagpal O.P., Raghava Rao R., Sasi M.N., Sundaresan S. A study of equatorial waves in the Indian zone // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 1995. Vol. 57, No. 11. P. 1189–1202.
  14. Kaladze T.D., Pokhotelov O.A., Shah H.A., Khan M.I., Stenflo L. Acoustic-gravity waves in the Earth’s ionosphere // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2008. Vol. 70. P. 1607–1616.
  15. Medvedev A.S., Gavrilov N.M. The nonlinear mechanism of gravity waves generation by meteorological motions in the atmosphere // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 1995. Vol. 57. No. 11. P. 1221–1231.
  16. Turek R.S., Miller K.L., Roper R.G., Brosnahan J.W. Mesospheric wind studies during AIDA Act’89: morphology and comparison of various techniques // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 1995. Vol. 57. No. 11. P. 1321-1344.