Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
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. 2020. 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 текст

Список литературы:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Гилл А. Динамика атмосферы и океана. Т. 1, 2. М.: Мир, 1986. 396 с., 415 с.
  5. 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.
  6. Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения / пер. с англ. Т. 1, 2. М.: Мир, 1971. 312 с., 285 с.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Куличков С. Н., Чунчузов И. П., Попов О. Е., Перепелкин В. Г., Голикова Е. В., Буш Г. А., Репина И. А., Цыбульская Н. Д., ГорчаковГ. 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.
  10. Монин А. С. Прогноз погоды как задача физики. М: Наука, 1969. 184 с.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. Хуторова О. Г. Методика исследования влияние планетарных волн на вариации аэрозольной оптической толщины // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 4. C. 392–396.
  17. Хуторова О. Г., ТептинГ. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. Chang E. The Structure of Baroclinic Wave Packets // J. Atmospheric Sciences. 2001. V. 58. P. 1694–1713.
  21. Diky L. A., Golitsyn G. S. Calculation of the Rossby wave velocities // Tellus. 1968. V. 20. No. 1. P. 314–317.
  22. Flores A., Ruffini G., Rius A. 4D tropospheric tomography using GPS slant wet delays // Annals of Geophysics. 2000. V. 18. P. 223–234.
  23. 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.
  24. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. Wien; N. Y.: Springer-Verlag, 1994. 356 p.
  25. Holton J. R. An Introduction to Dynamic Meteorology. Cambridge, MA: Academic Press, 2004. 535 p.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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.
  29. Kazuro H. Local GPS tropospheric tomography // Earth Planets Space. 2000. V. 52. P. 935–939.
  30. Madden R. A. Large-scale, free Rossby waves in the atmosphere — an update // Tellus. 2007. V. 59A. P. 571–590.
  31. Niell A. Global mapping functions for the atmosphere delay at radio wavelengths // J. Geophysical Research. 1996. V. 101. No. B2. P. 3227–3246.
  32. 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.
  33. Schuler T. On ground-based GPS tropospheric delay estimation: Doctoral Thesis. Munchen: University of Munchen, 2001. 364 p.
  34. Torrence G., Compo G. P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bull. American Meteorological Society. 1998. V. 79. No. 1. P. 61–78.
  35. 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.
  36. Xu G. GPS. Theory, algorithms and applications. Berlin: Springer, 2007. 340 p.