Диссертация (1097516), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

Как уже отмечалось выше, ВГВ могут распространяться на большиерасстояния, а также до ионосферных высот, почти не меняя своего периода [Госсард,Хук, 1978; Голицын и др., 1982; Грачев и др., 1988; Романова, Якушкин, 1995; Friits,Alexander, 2003]. Этот факт впервые был установлен в эксперименте, когдаодновременно работали микробарограф и четыре ионозонда, дающие распределениеэлектронной концентрации до максимума слоя F [Schodel et al., 1973]. Одновременно сколебаниями атмосферного давления были обнаружены колебания электроннойплотности с теми же периодами (65-85 мин), источником которых была область123мощного циклона [Schodel et al., 1973]. Свойство сверхдальнего распространения ВГВсвязано с так называемым эффектом сверхотражения и существованием волновода внижней тропосфере [McIntyre, Weissman, 1978; Smyth, Peltier, 1989].

Способностьвызывать крупномасштабные возмущения на ионосферных высотах на значительныхрасстояниях от места генерации, усиливать атмосферную турбулентность [Госсард,Хук, 1978; Голицын и др., 1982; Грачев и др., 1988; Романова, Якушкин, 1995; Friits,Alexander, 2003] и даже приводить к изменениям циркуляционного режима в среднейатмосфере [Belyaev, Moiseenko, 2006; Jacobi et al., 2006] позволяют считать ВГВ однимиз важных климатообразующих факторов.Как и в случае более высокочастотных инфразвуковых колебаний, источникиВГВ имеют естественное (землетрясения, извержения вулканов, грозы, циклоны,штормы в океане, солнечные затмения) и искусственное (подземные ядерные взрывы,запуск ракет и космических аппаратов) происхождение [Госсард, Хук, 1978; Грачев идр., 1988; Романова, Якушкин, 1995; Афраймович и др., 2002; Дзюбенко и др., 2003;Friits, Alexander, 2003; Sauli et al., 2006].

К источникам ВГВ относятся также факторы,имеющие гелиофизическую природу: солнечные протонные события [Boska, Lastovicka,1996], солнечные всплески рентгеновского излучения [Нетреба, 1996]. Существуютданные о связи вариаций ВГВ с 11-летним циклом солнечной активности [Lastovicka,1999]. В работе [Cмирнов, 1984] показано, что инфразвуковые волны (в том числе иВГВ) могут обеспечить основной канал передачи солнечной энергии из ионосферы втропосферу. В предлагаемом механизме высыпание частиц приводит к формированиютоковых систем и джоулевому нагреву в высокоширотной ионосфере, и как следствие,к генерации инфразвуковых волн [Cмирнов, 1984].Регистрируются ВГВ при помощи микробарографов и радаров [Dornbrack et al.,1999; Rechou et al., 1999; Rees et al., 2000].

Наземные микробарографы регистрируютраспространяющуюся волну, которая в общем случае может быть описана формулой[Романова, Якушкин, 1995]:P(r,t) = P (w,k)exp [iwt – ikr] dwdk(4.3),где:r – радиус-вектор в горизонтальной плоскости,k – горизонтальный волновой вектор.При интерпретации данных наблюдений предполагают, что каждой частоте wсоответствует пространственная структура в виде суммы плоских волн, бегущих вдоль124земной поверхности:P(w,k) = P(k)(w – kcф)(4.4)Одним из наиболее изученных видов ВГВ являются горные подветренныеволны, возникающие в горной местности при увеличении скорости ветра [Мусаелян,1962; Госсард, Хук, 1978; Барри, 1984; Dornbrack et al., 1999; Rechou et al., 1999].4.2 Вариации атмосферного давления в области подветренных волнвблизи горного массива Хибины.Частотныехарактеристики,микробарографов,входящихвсоставВысокоширотного измерительного комплекса позволяют регистрировать флуктуацииатмосферного давления с периодами до 1 ч, т.е.

диапазон ВГВ, без существенногоослабления (см. п. 3.1). На рис. 4.2 приведены характерные примеры периодическихфлуктуаций давления по данным трех микробарографов, разнесенных на 300 м.Рис. 4.2. Регистограммы вариаций давления в трех разнесенных пунктах наблюденияобс. Апатиты 8.08.2002 г.125Отчетливовидно,чтоколебанияпроисходятпрактическисинфазно(коэффициент взаимной корреляции r=0.8-0.9) с квазипериодом от 20 до 40 мин иамплитудой 60-80 мкб.

Этот участок записи является характерным для всего периоданаблюдений с августа 2001 г. На рис. 4.3 приведен типичный спектр флуктуацийдавления, построенный по методу Фурье. На спектрограмме выделяются три пика: 22мин, 40 мин и 100 мин (см. рис. 4.3).Рис. 4.3. Спектр флуктуаций давления.Для спектрального анализа отобраны более 4500 записей продолжительностью 3ч. Они относятся к разным временам суток, разным сезонам для периода 2001-2003 гг.На рис.

4.4 приведена гистограмма распределения волн различного периода,наблюдавшихся вблизи горного массива Хибины. Видно, что в течение всего периоданаблюдений преобладают колебания с периодами 20-40 мин. Эти значения характерныдля ВГВ, регистрируемых на земной поверхности [Госсард, Хук, 1978; Грачев и др.,1988; Романова, Якушкин, 1995; Friits, Alexander, 2003]. Данная гистограмма в целомсогласуется с распределением вариаций давления, полученных для средних широт126[Грачев и др., 1988].Рис.

4.4. Гистограмма числа случаев наблюдения волн различных периодовпо данным обс. Апатиты.Характер изменчивости периода вариаций указывает на то, что возможнымисточником наблюдаемых колебаний могут быть горные подветренные волны. Горныеподветренные волны формируются при обтекании воздушным потоком горныхпрепятствий, горизонтальные размеры которых соизмеримы с длиной волны [Госсард,Хук, 1978; Барри, 1984]. Хотя в этих работах рассматривались волны стационарноготипа, но при обтекании горных хребтов возникают также нестационарные, или«бегущие» горные подветренные волны, генерируемые нестационарной компонентойскоростипотокаираспространяющиесяввертикальномигоризонтальномнаправлениях [Чунчузов, 1986; Liziola, Balsley, 1997; Ralph et al., 1997; Georgelin, Lott,2001].

В нашем случае пункт наблюдения (г. Апатиты) ограничен с северо-востокагорным массивом Хибины протяженностью 30-40 км. В 20 км к северу находитсянаиболее высокая точка (г. Часначорр, 1191 м). Существующие орографические127эффекты в комплексе с соответствующими метеорологическими условиями могутпривести к генерации и распространению горных подветренных волн в Хибинах.По данным наших измерений горные подветренные волны зафиксированы вХибинах впервые [Куличков и др., 2002; Шумилов, Касаткина и др., 2002а; Шумилов идр., 2003а; Kаsatkina et al., 2002c; 2003b; Shumilov et al., 2002a].

В заключение можносформулировать основные критерии отождествления наблюдаемых вариаций давленияс горными подветренными волнами:1) колебания наблюдаются практически постоянно в течение всего периоданаблюдений;2) параметры колебаний (амплитуда Рз=70-90 мкб, период Т=20-40 мин)соответствуют соответствует значениям, характерным для ВГВ данного типа.Известно, что подветренные волны играют определенную роль в развитиисильной турбулентности при ясном небе, создающей серьезную опасность для авиации[Госсард, Хук, 1978]. Кроме того, как и обычные ВГВ, эти волны могут оказыватьлокальное сопротивление тропосферным воздушным течениям, что может влиять наобщую циркуляцию атмосферы в целом [Belyaev, Moiseenko, 2006].

Изучение условийгенерации и распространения горных подветренных волн поможет решить проблемуидентификации различных источников ВГВ. Конечно, для более подробногоисследования проблемы ВГВ необходимо привлекать данные о распределениискорости ветра на различных высотах.4.3 Вариации приземного озона, вызванные генерацией подветренныхволн в арктических горах (арх. Шпицберген).В настоящее время считают, что в последние десятилетия в северномполушарии, особенно в Европейской его части, концентрация озона в приземном слоевозрастает в среднем со скоростью 1% в год, а основной причиной роста являютсяантропогенные загрязнения атмосферы окислами азота [Кадышевич, Еланский, 1993;Еланский и др., 1995; Low et al., 1992].

Кратковременные изменения ПКО могут бытьвызванытакжерегиональнымиметеорологическимиусловиямиизменчивостидинамических процессов, особенностями циркуляции [Еланский и др., 1995]. С другойстороны, в работе [Звягинцев, Крученицкий, 1996] показано, что влияние солнечнойактивности на долговременные вариации приземной концентрации озона (ПКО)128является также значимым, что и обуславливает постановку приводимых нижеисследований вариации ПКО.Высокоширотные станции в наименьшей степени подвержены воздействиюлокальных источников загрязнения, поэтому измерения ПКО в Арктике позволяютизучать роль естественных факторов в изменениях концентрации ПКО.Измерения приземной концентрации озона в Арктике проводились в Барроу,Аляска (71.3N,156,6W), в Алерте, Канада (82.5N, 63,5W), в Туле, Гренландия(77.5N, 62.5W), на Кольском п-ове и на Шпицбергене [Ларин и др., 1996; Bottenheimet al., 1990; Theodorsen et al., 1996]. Летом 1992 года измерения концентрацииприземного озона были проведены в Лонгиербюене (78N), на Шпицбергене[Theodorsen, 1994; Theodorsen et al., 1996].

Ранней весной (март, апрель) 1995 г.концентрация приземного озона измерялась немецкими учеными в Нью-Алесунде(78.9N, 11.8E) на западном берегу Шпицбергена [Platt, 1997]. Главным результатомперечисленныхизмеренийбылообнаружениеэпизодическихуменьшенийконцентрации приземного озона, сохранявшихся в течение нескольких дней [Platt,1997]. Такие уменьшения концентрации приземного озона, по-видимому, обусловленытем, что в принесенных с моря воздушных массах озон реагирует с бромом,освобожденным из морской соли или выработанным морским планктоном [Fan, Jacob,1992].

Непериодические флуктуации концентрации приземного озона, обнаруженные вАнтарктиде [Oltmans, Komhyr, 1976], авторы объясняли спорадическими опусканиямитропопаузы.Короткопериодические (от нескольких минут до нескольких часов) вариациималых газовых составляющих, в том числе и озона, изучены в гораздо меньшейстепени. Обычно их связывают с генерацией внутренних гравитационных волн (ВГВ),частным случаем которых являются горные подветренные волны [Еланский и др.,1988]. Учитывая свойство сверхдальнего распространения ВГВ, а также их способностьпроникать до ионосферных высот, а следовательно, и до максимума озонового слоя,почти не изменяя своего периода (см. п.

4.1), можно объяснить воздействие ВГВ наобщее содержание атмосферных составляющих. Короткопериодические колебанияобщего содержания озона и двуокиси азота NO2 были обнаружены по измерениям ссамолета и по данным наземных измерений в горных районах Северного Кавказа[Еланский и др., 1988; 1995], Урала [Елохов и др., 1988] и Средней Азии [Зырянова,Сомсиков, 2003], вблизи озера Байкал [Данилин и др., 1990] и Иссык-Куль [Синяков,Спекторов, 1987].129В настоящем разделе приведены результаты регистрации таких колебаний вприземной концентрации озона по данным наблюдений на арх.

Характеристики

Список файлов диссертации