Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 301-309
Восстановление параметров приводного пограничного слоя в тропическом циклоне по данным падающих GPS-зондов
О.С. Ермакова
1, 2 , Д.А. Сергеев
1, 2 , Г.Н. Баландина
1 , Н.С. Русаков
1, 2 , Е.И. Поплавский
1, 2 , Ю.И. Троицкая
1 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 08.08.2019
DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-301-309
Работа посвящена определению параметров атмосферного пограничного слоя в ураганах по результатам натурных измерений профилей скорости ветра, полученным с падающих GPS-зондов NOAA. Были проанализированы натурные измерения, сделанные зондами для ураганов, зарегистрированных в Атлантическом бассейне, в период с 2003–2017 гг. В ходе проведённых исследований был выбран статистический ансамбль, по которому производилось осреднение данных с зондов. В результате с учётом предположения о радиальной симметрии урагана были получены средние профили скорости ветра. При этом параметры ветрового пограничного слоя (параметр шероховатости и динамическая скорость) были восстановлены с использованием свойства автомодельности дефекта скорости в пограничном слое, включающем слой постоянных потоков, переходящий в его «следную» часть. Данный подход даёт возможность восстанавливать параметры слоя постоянных потоков по измерениям в следной части. Главное преимущество предлагаемого метода обусловлено тем, что он позволяет использовать измерения профиля скорости ветра, полученные на большом расстоянии от поверхности океана, где количество данных, измеренных с помощью падающих GPS-зондов, значительно больше, чем вблизи поверхности. При этом оказываются меньше погрешности измерений и улучшается статистика.
Ключевые слова: пограничные слои атмосферы и океана, скорость ветра, касательное турбулентное напряжение ветра, GPS-зонд, микроволновое зондирование, шторм, ураган
Полный текстСписок литературы:
- Кандауров А. А., Троицкая Ю. И., Сергеев Д. А., Вдовин М. И., Байдаков Г. А. Среднее поле скорости воздушного потока над поверхностью воды при лабораторном моделировании штормовых и ураганных условий в океане // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 4. С. 455–467.
- Bell M. M., Montgomery M. T., Emanuel K. A. Air-Sea Enthalpy and Momentum Exchange at Major Hurricane Wind Speeds Observed during CBLAST // J. Atmospheric Science. 2012. V. 69. P. 3197–3222.
- Emanuel K. A. An Air-Sea Interaction Theory for Tropical Cyclones. Part I: Steady-State Maintenance // J. Atmospheric Sciences. 1986. V. 43. P. 585–604.
- Hinze J. O. Turbulence: An Introduction to its Mechanism and Theory. N. Y.: McGraw-Hill, 1959. P. 586.
- Holthuijsen L. H., Powell M. D., Pietrzak J. D. Wind and waves in extreme hurricanes // J. Geophysical Research: Ocean. 2012. V. 117. Iss. C9. Article id. C09003. 15 p.
- Jarosz E., Mitchell D. A., Wang D. W., Teague W. J. Bottom-Up Determination of Air-Sea Momentum Exchange Under a Major Tropical Cyclone // Science. 2007. V. 315. P. 1707–1709.
- Jones W. L., Schroeder L. C. Radar Backscatter from the Ocean: Dependence on Surface Friction Velocity // Boundary-Layer Meteorology. 1978. V. 13. No. 1–4. P. 133–149.
- Liu W. T., Xie X. Sea surface wind/stress vector // Encyclopedia of Remote Sensing. N. Y.: Springer, 2014. P. 759–767. DOI: 10.1007/978-0-387-36699-9.
- Liu W. T., Tang W. Relating wind and stress under tropical cyclones with scatterometer // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2016. P. 1151–1158. URL: https://doi.org/10.1175/JTECH-D-16-0047.1.
- Makin V. K., Kudryavtsev V. N., Mastenbroek C. Drag of the sea surface // Boundary-Layer Meteorology. 1995. V. 73. P. 159–182.
- Powell M. D., Vickery P. J., Reinhold T. A. Reduced drag coefficient for high wind speeds in tropical cyclones // Nature. 2003. V. 422. P. 279–283.
- Richter D. H., Bohac R., Stern D. P. An assessment of the flux profile method for determining Air–Sea momentum and enthalpy fluxes from dropsonde data in tropical cyclones // J. Atmospheric Sciences. 2016. V. 73(7). P. 2665–2682.
- Troitskaya Yu. I., Sergeev D. A., Kandaurov A. A., Baidakov G. A., Vdovin M. A., Kazakov V. I. Laboratory and theoretical modeling of air‐sea momentum transfer under severe wind conditions // J. Geophysical Research: Oceans. 2012. V. 117. C00J21.
- Troitskaya Y., Abramov V., Baidakov G., Ermakova O., Zuikova E., Sergeev D., Ermoshkin A., Kazakov V., Kandaurov A., Rusakov N., Poplavsky E., Vdovin M. Cross-Polarization GMF for High Wind Speed and Surface Stress Retrieval // J. Geophysical Research: Oceans. 2018. V. 123. No. 8. P. 5842–5845.
- Weissman D. E., Davidson K. L., Brown R. A., Friehe C. A., Li F. The relationship between the microwave radar cross section and both wind speed and stress: model function studies using frontal air-sea interaction experiment Data // J. Geophysical Research. 1994. V. 99(C5). P. 10087–10108.