Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 1. С. 210-218
Методика оценки параметров волновых процессов в тропосфере по данным сети станций ГНСС
О.Г. Хуторова
1 , В.Е. Хуторов
1 1 Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
Одобрена к печати: 09.12.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-1-210-218
В тропосфере учёт синоптических вариаций метеоэлементов составляет важную часть прогноза погоды. Поэтому актуальной задачей представляется разработка методики исследования характеристик синоптических колебаний высоких мод в тропосфере. В работе представлена методика исследования волновых процессов по данным зондирования тропосферы радиосигналами ГНСС в пространственно-разнесённых пунктах. Среди всех технологий, позволяющих зондировать нижнюю атмосферу, применение сигналов спутниковых навигационных систем имеет ряд преимуществ. К ним относится возможность непрерывного суточного мониторинга, высокое временное разрешение измерительных данных, а также относительная дешевизна приёмного оборудования. Показано, что с помощью анализа амплитудного и фазового вейвлет-спектра можно выделять квазипериодические синоптические вариации зенитной тропосферной задержки радиоволн, исследовать их временные и горизонтальные масштабы, фазовые скорости. Методика апробирована на сети приёмников ГНСС в Республике Татарстан. Получены эмпирические распределения пространственных параметров когерентных в пространстве возмущений с периодами от 2 до 60 сут с горизонтальными масштабами до 8000 км. Наиболее вероятные фазовые скорости этих волн находятся в диапазоне от 3 до 12 км/ч. Наиболее вероятные значения длин волн — 1600–4400 км.
Ключевые слова: ГНСС, ГЛОНАСС, GPS, волны в атмосфере
Полный текстСписок литературы:
- Варгин П. Н. Динамическое взаимодействие стратосферы и тропосферы внетропических широт в период внезапного стратосферного потепления в Арктике в январе – феврале 2017 г. // Метеорология и гидрология. 2018. № 5. С. 5–19.
- Варгин П. Н., Лукьянов А. Н., Ганьшин А. В. Исследование динамических процессов в период формирования и развития блокирующего антициклона над европейской частью России летом 2010 г. // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48. № 5. С. 537–557.
- Вульфсон А. Н. Описание крупномасштабных движений среднего уровня атмосферы и волн Россби в приближении теории конвекции // Изв. Акад. наук СССР. Физика атмосферы и океана. 1989. Т. 25. № 4. С. 356–366.
- Гилл А. Динамика атмосферы и океана. Т. 1, 2. М.: Мир, 1986. 396 с., 415 с.
- Гурьянов В. В., Елисеев А. В., Мохов И. И., Переведенцев Ю. П. Волновая активность и ее изменения в тропосфере и стратосфере северного полушария зимой в 1979–2016 гг. // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54. № 2. С. 133–146.
- Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения / пер. с англ. Т. 1, 2. М.: Мир, 1971. 312 с., 285 с.
- Калинников В. В., Хуторова О. Г., Тептин Г. М. Использование сигналов спутниковых навигационных систем для определения характеристик тропосферы // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48. № 6. С. 631–638.
- Коваль А. В., Гаврилов Н. М., Погорельцев А. И., Шевчук Н. О. Распространение стационарных планетарных волн в верхней атмосфере при разных уровнях солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. T. 58. № 2. С. 295–303.
- Куличков С. Н., Чунчузов И. П., Попов О. Е., Перепелкин В. Г., Голикова Е. В., Буш Г. А., Репина И. А., Цыбульская Н. Д., Горчаков Г. И. Внутренние гравитационные и инфразвуковые волны во время урагана в Москве 29 мая 2017 г. // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 2. С. 32–40.
- Монин А. С. Прогноз погоды как задача физики. М: Наука, 1969. 184 с.
- Мордвинов В. И., Девятова Е. В., Кочеткова О. С., Ознобихина О. А. Исследование условий генерации и распространения низкочастотных возмущений в тропосфере // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49. № 1. С. 62–73.
- Нестеров Е. С. О влиянии колебания Маддена – Джулиана на циркуляцию атмосферы во внетропических широтах северного полушария // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2018. № 4. С. 63–73.
- Смышляев С. П., Погорельцев А. И., Галин В. Я. Влияние волновой активности на газовый состав стратосферы полярных районов // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56. № 1. С. 102–116.
- Суковатов К. Ю., Безуглова Н. Н. Интерпретация данных об экстремальных погодных явлениях в рамках гипотезы о квазирезонансном механизме формирования блокирующих процессов // Изв. Алтайского гос. ун-та. 2018. T. 102. № 4. С. 36–40.
- Хуторова О. Г. Взаимосвязь вариаций приземной концентрации атмосферных примесей в двух промышленных регионах Татарстана // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17. № 5–6. С. 526–529.
- Хуторова О. Г. Методика исследования влияние планетарных волн на вариации аэрозольной оптической толщины // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 4. C. 392–396.
- Хуторова О. Г., Тептин Г. М. Временные вариации аэрозоля и малых газовых примесей в приземном городском воздухе // Изв. Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 6. С. 782–790.
- 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.
- 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.
- Chang E. The Structure of Baroclinic Wave Packets // J. Atmospheric Sciences. 2001. V. 58. P. 1694–1713.
- Diky L. A., Golitsyn G. S. Calculation of the Rossby wave velocities // Tellus. 1968. V. 20. No. 1. P. 314–317.
- Flores A., Ruffini G., Rius A. 4D tropospheric tomography using GPS slant wet delays // Annals of Geophysics. 2000. V. 18. P. 223–234.
- Hayashi Y. A generalized method of resolving disturbances into progressive and retrogressive waves by space Fourier and time cross spectral Analyses // J. Meteorological Society of Japan. 1971. V. 49. No. 2. P. 125–128.
- Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. Wien; N. Y.: Springer-Verlag, 1994. 356 p.
- Holton J. R. An Introduction to Dynamic Meteorology. Cambridge, MA: Academic Press, 2004. 535 p.
- Jevrejeva S., Moore J. C., Grinsted A. Oceanic and atmospheric transport of multiyear El Niño–Southern Oscillation (ENSO) signatures to the polar regions // Geophysical Research Letters. 2004. V. 31(24). Art. No. L24210. 4 p.
- Jiang Z., Feldstein S. B., Lee S. The relationship between the Madden – Julian Oscillation and the North Atlantic Oscillation // Quarterly J. Royal Meteorological Society. 2017. V. 143. No. 702. P. 240–250.
- Kalinnikov V. V., Khutorova O. G. Durinal variations in integrated water vapor derived from a GPS ground network in the Volga-Ural region of Russia // Annales Geophysicae. 2017. V. 35. No. 3. С. 453–464.
- Kazuro H. Local GPS tropospheric tomography // Earth Planets Space. 2000. V. 52. P. 935–939.
- Madden R. A. Large-scale, free Rossby waves in the atmosphere — an update // Tellus. 2007. V. 59A. P. 571–590.
- Niell A. Global mapping functions for the atmosphere delay at radio wavelengths // J. Geophysical Research. 1996. V. 101. No. B2. P. 3227–3246.
- Rakushina E. V., Ermakova T. S., Pogoreltsev A. I. Changes in the zonal mean flow, temperature, and planetary waves observed in the Northern Hemisphere mid-winter months during the last decades // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2018. No. 171. P. 234–240.
- Schuler T. On ground-based GPS tropospheric delay estimation: Doctoral Thesis. Munchen: University of Munchen, 2001. 364 p.
- Torrence G., Compo G. P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bull. American Meteorological Society. 1998. V. 79. No. 1. P. 61–78.
- Xia P., Cai Ch., Liu Zh. GNSS troposphere tomography based on two-step reconstructions using GPS observations and COSMIC profiles // Annales Geophysicae. 2013. No. 31. P. 1805–1815.
- Xu G. GPS. Theory, algorithms and applications. Berlin: Springer, 2007. 340 p.