Диссертация (1149451), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Полосы – более устойчивые, плоские волны с горизонтальнойдлиной волны от нескольких километров до нескольких сотен километров,которые иногда можно наблюдать всю ночь. Их фазовые скорости доходят до15 100м/с [Taylor, Hapgood, 1988]. Ряби – неустойчивые, мелкомасштабныеволны,которыеимеюточенькороткиевремяжизни,частоэторазрушающиеся ВГВ [Taylor, Hapgood, 1990; Fritts et al., 1993].В работе [Nakamura et al., 1999] проведен большой статистическийанализ параметров ВГВ на средних широтах в Японии (35N, 136E).Результаты анализа приведены по наблюдениям камерой всего неба вэмиссии ОН, где были исследованы сезонные вариации характеристик ВГВ.Одним из выводов было то, что волны с горизонтальными длинами волнбольше 18 км зимой распространялись на запад, а летом - на восток (Рисунок1.1.).Рисунок 1.1.
Характеристики ВГВ в зимний период по наблюдениямкамерой всего неба в эмиссии ОН [Nakamura et al., 1999].ГруппойисследователейвБразилиинаосновеизмеренийпроведенных на пунктах Cachoeira Paulista (23S, 45W) и Carriri (7S, 36W)16 Medeiros et al., 2004 было показано, что сезонная изменчивостьнаправлений распространения внутренних гравитационных волн обусловленаветровой фильтрацией среднего ветра (Рисунок 1.2.).Рисунок 1.2. Характеристики ВГВ по наблюдениям в CachoeiraPaulista и Carriri Medeiros et al., 2004.По наблюдениям в Аделаиде (35S, 138E) Walterscheid et al., 1999 ив Урбане (40N, 88W) Hecht et al., 2001 выявлено, что в летний период,когдавысотамезопаузыснижаетсядо85км,регистрированныенеоднородности являются волнами, термически захваченными междумезопаузой и термосферой.
Аналогичная работа по выявлению ВГВ былапроведена на широтах полярной шапки на станции Resolute Bay, Canada(74N, 265E) [Suzuki et al.,2009]. Было показано, что наблюдаемыекороткопериодические ВГВ имеют горизонтальную длину волны 20 – 50 км,и фазовые скорости 30 – 60 м/с. Из рисунка 1.3 видно, что преобладаетнаправление распространения волн на запад.17 Рисунок 1.3. Характеристики ВГВ по наблюдениям камерой всегонеба в полярных широтах [Suzuki et al.,2009].Сравнение аналогичных работ усложняется тем, что долговременныхнаблюдений нигде нет, в основном приводятся результаты за короткийнаблюдательный срок.В конце обзора хотелось бы немного упомянуть про взаимодействиеВГВ с другими типами волн и со средним течением. Например, при помощипланетарных волн ВГВ могут проникать в область мезопаузы [Dunkerton,Butchart, 1984], или же наоборот мелкомасштабные ВГВ могут влиять накрупные волны.
Например, ускорять или замедлять среднее течение,помогать генерировать или перекачивать энергии более крупных волн вболее мелкие [Lindzen, 1967, 1981; Smith, 1996].18 1.2.Солнечные термические приливы в области мезопаузыОдной из разновидностей планетарных (по-другому, глобальных)волн являются приливы, имеющие постоянно действующий периодическийисточник. По наблюдениям и моделированию атмосферных приливовимеется большое количество различных работ [Чепмен, Линдзен, 1972;Andrews et al., 1987; Forbes, 1995]. Приливы бывают гравитационные итермические – под влиянием Солнца и Луны. Нас же интересуют солнечныетермические приливы. Они отличаются по периодам. Существует наборприливных гармоник с периодами τm = τ0/m, где τ0 – длительность солнечныхсуток (24 ч), а m – номер приливной гармоники (m = 1, 2, 3, ...).Источником этих приливов является поглощение солнечной энергииозоном и водяным паром на уровне тропосферы и стратосферы.
При этомпроисходит нагревание атмосферы только с той стороны полушария, гдесветит Солнце. Данное нагревание создает перепады давления атмосферывдоль параллели. Возникшее долготное возмущение перемещается вдольпараллели из-за вращения планеты, вызывая солнечные термическиеприливы.Существует очень много исследовательских работ, где были сделанычисленные оценки поглощения в атмосфере водяным паром и озоном[Siebert, 1961; Pressman, 1955; Leovy, 1964]. В итоге было выявлено, что ввозбуждении полусуточных колебаний гораздо более важную роль играетозон, чем водяной пар [Siebert, 1961; Lindzen, 1968].
Это объясняется тем, чтовозбуждение за счет поглощения радиации озоном происходит в слое гораздобольшей толщины и на больших высотах.Другим механизмом генерации гармоник солнечных приливовявляются нелинейные процессы, то есть рождение новых гармоник приразрушении гармоник с меньшими числами m (в основном при потере19 устойчивости интенсивных суточного и полусуточного приливов – m = 1 и 2)и взаимодействие гармоник с разными числами m [Akmaev, 2001].Наблюдения солнечных термических приливов в земной атмосфереподтверждают уменьшения интенсивности приливов с ростом m.
Самымиинтенсивными являются суточный и полусуточный солнечные приливы.Например, максимальные изменения давления, наблюдаемые у экватора, дляm = 1 и 2 имеют порядки 0.5 и 1 гПа соответственно. Но уже у третьсуточного прилива (m = 3) изменение давления приближается к 0.1 гПа.Спектральный анализ рядов приземного давления длительностью не менеегода, с помощью сверхпроводящих гравиметров, выявил гармоникисолнечных приливов вплоть до m ~ 10 [Warburton, Goodkind, 1997; Smilie etal., 1993]. Группы гармоник солнечных приливов вплоть до m ~ 30обнаруживаются в динамических спектрах давления в работе [Shved et al.,2011].В данном же исследовании наблюдения охватывают только темнуючасть суток, поэтому суточные солнечные приливы (с m = 1) не могут бытьвыделены из наших данных.
К тому же, по модельным и экспериментальнымданным [She et al., 2004], амплитуда суточного прилива на высоких широтахмала, и ее влиянием на оценку параметров полусуточного прилива можнопренебречь.Нагревание за счет колебаний температуры поверхности существенноотличаются над сушей и морем. Такое неравномерное нагревание должновызывать термические приливы, которые не следуют за Солнцем. Например,Гаурвиц [Haurwitz, 1956; Haurwitz, 1965] проанализировал данные оприземном давлении по всему земному шару для получения полусуточных исуточных колебаний.
Он нашел компоненты, которые не следуют заСолнцем, так называемые немигрирующие солнечные приливы. Появлениетаких приливов оказалось намного меньше, чем мигрирующие солнечныеприливы. Мигрирующий солнечный полусуточный прилив наиболее полнорассчитан в работах [Flattery, 1967; Siebert, 1961; Wilkes, 1949].20 В данной работе исследуются полусуточные термические приливытолько с одного географического пункта, то есть, к сожалению, невозможноразделить мигрирующие и немигрирующие приливы.Подытоживаянужноотметить,чтоотделитьсолнечныйгравитационный и солнечный термический приливы сложнее, чем, например,лунные приливы. У лунных приливов несколько отличающийся период ихорошо известный механизм возбуждения.
Тем не менее, было выявлено, чтоу солнечного гравитационного прилива возбуждение гораздо слабее, чем утермического прилива [Чепмен, Линдзен, 1972].Не стоит забывать еще и вклад компонентов связанных сраспространением внутренних гравитационных волн, амплитуды которыхсопоставимы, а иногда и больше амплитуды приливов. Однако усредненныепо некоторому интервалу времени данные, в нашем случае, например, впределах месяца, могут выявить некоторые закономерности в поведенииполусуточного прилива.Исследования приливов.
Свойства приливов в области мезопаузынаиболее широко исследованы по их воздействию на ветер, измерениякоторого проводились радарами [Manson et al., 1989; Portnyagin et al., 1994;Jacobi et al., 1999], оптическими и спутниковыми инструментами [Takahashiet al., 1984; Walterscheid et al., 1986; McLandress et al., 1996; Taori et al., 2005].Наиболее часто для исследования термического состояния областимезопаузы используются лидарные измерения и спутниковое зондированиепо лимбу [Russell et al., 1993; McLandress et al., 1996; Mertens et al., 2001]. Наоснове таких измерений может использоваться и естественное излучениеэмиссионных слоев, находящихся в области верхней мезосферы.По-видимому, первой работой была [Fukuyama, 1976], в которойвариация эмиссий ночного неба была использована для исследования21 параметров солнечного прилива.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
