Диссертация (1149451)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИИНСТИТУТ КОСМОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИАЭРОНОМИИ ИМ. Ю.Г. ШАФЕРАСИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУКНа правах рукописиУДК 551.511Колтовской Игорь ИннокентьевичИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ОБЛАСТИВЫСОКОШИРОТНОЙ МЕЗОПАУЗЫ ПО ИЗЛУЧЕНИЮ МОЛЕКУЛГИДРОКСИЛА И КИСЛОРОДАСпециальность 25.00.29 – физика атмосферы и гидросферыДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:кандидат физико-математических наукАммосов Петр ПетровичЯкутск – 2017СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................4ГЛАВА 1.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОБЛАСТИ МЕЗОПАУЗЫ.................................................................................111.1.Исследование внутренних гравитационных волн в областимезопаузы...........................................................................................131.2.Солнечные термические приливы в области мезопаузы……….191.3.Излучение гидроксила (ОН) и молекулярного кислорода (О2)..221.4.Заключение по главе 1. ....................................................................35ГЛАВА 2. КОМПЛЕКС ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ……………………362.1.Инфракрасная цифровая камера всего неба……………………...372.2.Цифровой инфракрасный спектрограф на базе СП-50…………..412.3.Автоматический инфракрасный спектрограф Shamrock ……….492.4.Создание меридиональной оптической сети станций …………..562.5.Заключение по главе 2……………………………………………..60ГЛАВА 3.
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВНУТРЕННИХГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН...........................................................................613.1.Методика обработки и анализа данных камеры всего неба……613.2.Результаты статистического анализа параметров внутреннихгравитационных волн…………………………………………….662 3.3.Заключение по 3 главе……………………………………………69ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУСУТОЧНЫХ ТЕРМИЧЕСКИХПРИЛИВОВ……………………………………………………………………..704.1.Методика обработки данных и определение вращательнойтемпературы…………………………………………………….….714.2.Исследование параметров распространения полусуточноготермического прилива……………………………………………..774.3.Заключение по главе 4……………………………………………..81ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………...82СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.......................................83ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………..……101 3 ВВЕДЕНИЕАктуальность темы.Волновые процессы различного масштаба – от гравитационных допланетарных, доходящие до верхней атмосферы перенося энергию иимпульс, играют существенную роль в термодинамическом равновесии всейатмосферы, тем самым и в формировании климата.
С другой стороны,особенностиглобальнойатмосфернойциркуляции,связанныеснеравномерностью подстилающей поверхности (орография, граница океансуша), приводит к неоднозначным условиям их распространения вверх вразличных географических зонах. Также, благодаря возрастанию амплитудыэтих волн по мере их проникновения на большие высоты становитсявозможным их обнаружение в верхних слоях атмосферы, что имеет огромноедиагностическоезначение.Поэтомуэкспериментальноеисследованиефизики волновых процессов в этой области атмосферы с широкимпространственным охватом является одной из актуальных задач современнойаэрономии.Как известно, генерация этих внутренних гравитационных волн (ВГВ)в основном происходит в тропосфере или на ее границе во время активныхметеорологических процессов. Они являются переносчиками энергии,импульса из нижней атмосферы в мезосферу и термосферу.
На высотемезопаузы волны подвергаются спектральной фильтрации из-за ветровогосдвига и поглощаются, отдавая энергию и импульс окружающей среде ивызывая ее избыточное разогревание. Все эти обстоятельства влияют надинамику и состав нейтральной и ионизованной атмосферы.
Поэтомудетальное наблюдение за ВГВ и, в особенности, за их амплитудами инаправлениями распространения является весьма важной задачей. На высотемезосферы и нижней термосферы волновая активность исследуется разнымиспособами: радарами, лидарами, спутниковыми измерениями и оптическими4 наблюдениями.
Среди них наиболее информативным и дешевым методомисследования горизонтальных параметров ВГВ является визуализацияволновых структур в эмиссиях свечения ночного неба камерами всего неба.Сдругойрегистрироватьпосторонывлияниевариациямволновыхтемпературывпроцессовобластиможномезопаузы.Общепринято, что температура является фундаментальным параметром,который обеспечивает прямую информацию о структуре атмосферы.Простым и надежным способом исследования термического состоянияобласти мезопаузы является измерение эмиссии молекулярных полосночного неба, а именно гидроксила и кислорода, которые высвечиваются навысотах 87 и 95 км соответственно. В настоящее время появилисьмногочисленные работы, в которых по излучению полос свечения ночногонеба исследуются суточные, полусуточные и треть-суточные компонентыатмосферного прилива.В данной работе исследуютсяпараметры ВГВ и полусуточноготермического прилива в области высокоширотной мезопаузы.Цели работы.Цельюработыявляетсяэкспериментальноеисследованиеособенностей и характеристик распространения ВГВ, полусуточного приливаи температуры в области высокоширотной мезопаузы.Достижение поставленной цели предполагает решение следующихзадач:Создание автоматизированного программно-аппаратурного комплексадляфотографическихиспектрографическихнаблюденийволновыхпроцессов в области мезопаузы.
На основе большого экспериментальногоматериала получить статистически значимые характеристики ВГВ иполусуточного термического прилива в области мезопаузы на высокихширотах.5 Научная новизна работы.1. Впервые в России создан высокоширотный оптический комплексдля синхронной, автоматической регистрации спектров молекул гидроксилаи кислорода, состоящий из одинаковых спектрографов и камеры всего неба.2. Накоплена уникальная база данных спектрофотографическихизмерений характеристик излучения гидроксила и молекулярного кислородана высокоширотной станции Маймага, за период 1999-2015 годы.3.
Впервые на длительном, непрерывном ряде данных исследованыпараметры внутренних гравитационных волн и полусуточного термическогоприлива в области мезопаузы над Якутией.Методы исследования.В качестве основных методов исследований в работе используютсяэкспериментальные методы: визуализация волн по эмиссии молекулыгидроксила и одновременное измерение вращательных температур помолекулам гидроксила и кислорода на двух разнесенных по высоте слояхатмосферы, методы статистического анализа экспериментальных данных длявыявления закономерностей, ВГВ и приливных волн.Достоверность и обоснованность полученных результатов.Достоверность полученных результатов обусловлена использованиембольшогомассиваэкспериментальногоматериала,сопоставлениемсрезультатами других исследователей, применением апробированных методовэкспериментальных исследований и математических и статистическихметодик обработки результатов.
На работы и результаты автора имеютсяссылки отечественных и зарубежных исследователей.Научная и практическая ценность работы.6 Практически создана меридиональная сеть станций на основеинфракрасных спектрографов и камер всего неба для измерения температурымезопаузы и регистрации волновых структур, работающих в автономномрежиме.Созданнаясетьинакопленнаябазаданныхмогутбытьиспользованы для планирования проведения дальнейших исследованийвысокоширотноймезопаузы.Обнаруженныеновыехарактеристикикороткопериодических ВГВ и полусуточного термического прилива могутбыть использованы для усовершенствования различных атмосферныхмоделей.На защиту выносятся:1.Экспериментальноеопределениепреимущественногораспространения в западном направлении короткопериодных ВГВ навысоких широтах в зимний период.2. Обнаруженные различия между средними значениями параметровкороткопериодных ВГВ на высоких и средних широтах: на высоких широтахдлины волн больше на ~ 10 км, а скорости распространения больше на ~ 20м/с.3.Экспериментальноетермическогоприливанаопределениедвухвысотныхамплитудыуровняхполусуточноговысокоширотноймезопаузы: 8 и 6 К на высотах излучения молекулярного кислорода (~95 км)и гидроксила (~87 км) соответственно.Личный вклад автора.Все представленные в диссертации результаты получены авторомсамостоятельно, либо при его непосредственном участии.
Автор активноучаствовал в постановке научных задач, планировании экспериментов.Принимал прямое участие в получении, обработке, научном анализе иинтерпретации полученных экспериментальных данных. При участии автора7 реконструированы и запущены в эксплуатацию новые инфракрасныеспектрографы, созданы программы автономной работы спектрографов.Апробация работы.Результатыисследованийдокладывалисьнасимпозиумахиконференциях: XIII Лаврентьевские чтения для молодых ученых (Якутск,2009);МеждународнаяБайкальскаямолодежнаянаучнаяшколапофундаментальной физике (Иркутск, 2009); Международный симпозиум«Атмосферная радиация и динамика» (С. Петербург, 2009, 2011, 2013);Всероссийскаяконференциясмеждународнымучастием«Физикаокружающей среды» (Томск, 2011, 2016); Всероссийская конференция«Космические лучи и гелиосфера» (Якутск, 2012); Международныйсимпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Иркутск,2012); Всероссийская конференция по солнечно-земной физике (Иркутск,2013); 12-ая Российско-китайская конференция по космической погоде(Zhengxiangbaiqi, China, 2014); Международная конференция сети пообнаружению изменений мезопаузы (NDMC) (Grainau, Germany, 2014);Международная конференция «Japan Geoscience Union Meeting» (Chiba,Japan, 2015); VII международная конференция «Солнечно-земные связи ифизика предвестников землетрясений» (Петропавловск-Камчатский, 2016); Vмеждународнаяконференция"Atmosphere,Ionosphere,Safety"(AIS)(Калининград, 2016); на научных семинарах отдела аэрономии ИКФИА СОРАН.Отдельные аспекты работы, положенные в основу диссертации,прошли экспертизу и были поддержаны грантами РФФИ № 16-35-00121мол_а, 16-35-00204-мол_а, 15-05-05320-а, 15-45-05066-р_восток_а.Публикации8 Основные результаты диссертации опубликованы в 22 печатныхработах, из них 7 в рецензируемых журналах, входящих в список ВАК.Структура и объём диссертацииДиссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, спискалитературы и 2 приложений, содержит 113 страниц, включая 41 рисунок, 4таблицы и библиографию из 164 наименований.Содержание работыВовведениипредставленаактуальностьтемыдиссертации,сформирована постановка задачи и краткая аннотация содержания работы поглавам, отмечается научная новизна, достоверность и практическая ценностьполученных результатов, сформулированы защищаемые положения.В первой главе кратно описаны особенности области мезопаузы ипроцессы, происходящие на этих высотах.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
