Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 6. С. 254-262
Зондирование мезомасштабной структуры тропосферы в периоды прохождения атмосферных фронтов
О.Г. Хуторова
1 , А.С. Близоруков
1 , В.В. Дементьев
1 , В.Е. Хуторов
1 1 Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
Одобрена к печати: 18.10.2019
DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-6-254-262
В настоящее время для дистанционного зондирования влагосодержания атмосферы используют данные глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), что позволяет исследовать структуру как неоднородностей тропосферы, так и её динамики практически одновременно с измерениями принятого сигнала. Наземные наблюдения сигналов ГНСС в Казани и окрестностях используются для выявления закономерностей пространственной мезомасштабной структуры тропосферы в периоды прохождения атмосферных фронтов. Для оценки влияния проходящего фронта на распределение водяного пара в атмосфере было отобрано несколько сотен событий атмосферных фронтов, проходящих через пункт наблюдения, среди которых представлены фронты холодного и тёплого типа, фронты окклюзии и стационарные. Пространственный разнос станций и высокое временное разрешение временных рядов позволяют зафиксировать перемещение возмущений, связанных с атмосферным фронтом. Обнаружено, что на поле интегрального влагосодержания (integrated water vapour ― IWV) оказывает воздействие смена воздушных масс и атмосферные фронты. Показано увеличение интенсивности мезомасштабных неоднородностей в периоды прохождения атмосферных фронтов до высоты 2500 м от поверхности. В период прохождения тёплого атмосферного фронта синхронно с изменением давления увеличивается IWV. При прохождении холодного фронта IWV, напротив, падает. Пространственный разнос сети станций позволяет проследить изменчивость поля IWV на мезомасштабном уровне. Часто при прохождении атмосферного фронта IWV и его зональный и меридиональный градиенты испытывают резкий скачок, после которого наблюдаются затухающие квазипериодические флуктуации IWV. Изменчивость поля IWV проявляется во все сезоны года, но при положительных температурах она усиливается.
Ключевые слова: ГНСС, ГЛОНАСС, GPS, водяной пар, погодные фронты
Полный текстСписок литературы:
- Булыгина О. Н., Веселов В. М., Разуваев В. Н., Александрова Т. М. Описание массива срочных данных об основных метеорологических параметрах на станциях России: свидетельство о гос. регистрации базы данных № 2014620549. Рег. 10.04.2014. URL: http://meteo.ru/data/163-basic-parameters#описание-массива-данных.
- Куличков С. Н., Голикова Е. В., Чунчузов И. П., Перепелкин В. Г., Буш Г. А., Гордин В. А. Исследования внутренних гравитационных волн от атмосферных фронтов в московском регионе // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53. № 4. С. 455–469.
- Хуторова О. Г., Хуторов В. Е., Дементьев В. В., Близоруков А. С., Корчагин Г. Е. Изменчивость полей атмосферного влагосодержания по данным зондирования сигналами GPS-ГЛОНАСС в окрестностях г. Казани // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 3. С. 252–260.
- Шакина Н. П. Выделение зон атмосферных фронтов как задача постпроцессинга результатов численного прогноза // Метеорология и гидрология. 2014. № 1. С. 5–20.
- Bevis M., Businger S. GPS meteorology: Remote sensing of atmospheric water vapor using the Global Positioning System // J. Geophysical Research. 1992. V. 97. No. D14. P. 15787–15801.
- Boniface K., Ducrocq V., Jaubert B. G. Impact of high-resolution data assimilation of GPS zenith delay on Mediterranean heavy rainfall forecasting // Annales Geophysicae. 2009. V. 27. P. 2739–2753.
- Dach R., Lutz S., Walser P., Fridez P. User manual of the Bernese GNSS Software. Version 5.2. Bern: AIUB, 2015. 884 p.
- Dementev V. V., Khutorova O. G., Khutorov V. E., Hardware-software system for monitoring of atmospheric water vapor structure in the city of Kazan // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2018. V. 211. No. 1. 012074. DOI: 10.1088/1755-1315/211/1/012074.
- Elgered G., Ning T., Forkman P., Haas R. On the information content in linear horizontal delay gradients estimated from space geodesy observations // Atmospheric Measurement Techniques. 2019. V. 12. P. 3805–3823.
- Khutorova O. G., Teptin G. M., Vasiliev A. A., Khutorov V. E., Shlychkov A. P. Passive sounding of the radiowaves refraction index structure in the troposphere by the set of satellite navigation system receivers in Kazan city // Radiophysics and Quantum Electronics. 2011. V. 54. No. 1. P. 1–7.
- Khutorova O. G., Khutorov V. E., Blizorukov A. S., Teptin G. M. GPS Signals Phase Fluctuations Caused by Atmospheric Integral Water Vapor Mesoscale Variability // Progress in Electromagnetics Research Symp.: proc. Saint Petersburg, 2017. P. 3551–3555.
- Khutorova O. G., Khutorov V. E., Blizorukov A. S., Dementiev V. V. Variability of atmospheric integral water vapor content as dependent on synoptic processes // 24th Intern. Symp. Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. Proc. SPIE. 2018. V. 10833. 108337Y. DOI: 10.1117/12.2504385.
- Li X., Zus F., Lu C., Ning T., Dick G., Ge M., Wickert J., Schuh H. Retrieving high-resolution tropospheric gradients from multiconstellation GNSS observations // Geophysical Research Letters. 2015. V. 42. P. 4173–4181.
- Meindl M., Schaer S., Hugentobler U., Beutler G. Tropospheric gradient estimation at code: Results from global solutions // J. Meteorological Society of Japan. 2004. V. 82. P. 331–338.
- Mendes V. B. Modeling the neutral-atmospheric propagation delay in radiometric space techniques. Brunswick: UNB, 1999. 353 p.
- Orlanski I. A rational subdivision of scales for atmospheric processes // Bull. American Meteorological Society. 1975. V. 6. No. 5. P. 527–530.
- Rothacher M., Springer T. A., Schaer S., Beutler G. Processing strategies for regional GPS networks // Intern. Association of Geodesy Symposia. 1998. V. 118. P. 93–100.
- Santerre R. GPS satellite sky distribution: impact on the propagation of some important errors in precise relative positioning. Brunswick: UNB, 1989. 203 p.