Автореферат (1150759), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Другое их название – волныРоссби. Наблюдаемые периоды этих волн колеблются от 1 до 30 суток. Информация по этимволнам была использована в главе 2. Кроме того в данном разделе рассмотреныгравитационные солнечный и лунный приливы и солнечный тепловой прилив. Указано, что восновном в спектрах мы наблюдаем гармоники солнечного теплового прилива. Обсуждаютсятакже осцилляция Маддена-Джулиана (ОМД) и колебания твердой Земли, которые могутпроникать в атмосферу.5 30040250353020025150220151001050Период, чЧастота, мкГц15510200-25-20-15-10-505Зональное число10152025Рис. 1. Частоты гравитационных СКА как функция зонального числа s и меридиональногочисла n из работы [Беляев и Швед, 2014]. СКА с одинаковыми значениями n соединенылиниями.В разделе 1.2 “Наблюдение глобальных колебаний атмосферы сейсмическими приборами”приведен ряд исследований по вышеупомянутой теме, которые ведутся с 2000 года по сейдень.
Показано, что в широком диапазоне низких частот – от периода ~ 1 ч вплоть допериодов порядка нескольких десятков суток – различные сейсмические приборырегистрируют осцилляции, частоты которых или стабильны, или варьируют в неширокихпределах. Значительную часть регистрируемых осцилляций можно связать с глобальнымиволновыми процессами в земной атмосфере. Кроме этого в разделе 1.2 объясняется механизмвоздействия волн атмосферы на маятник сейсмометра, а также представлен списокколебаний атмосферы, регистрируемых сейсмическими приборами:1. Гармоники солнечного теплового прилива Sm вплоть до m ~ 30;2. СКА (гравитационные нормальные моды в диапазоне периодов ~ 1 – 5 часов и волныРоссби в диапазоне периодов 1.2 – 25 суток);3.
ОМД с периодом около 50 суток.В главе 2 “Выявление длиннопериодных глобальных волн сейсмометром STS-2”исследуется способность регистрации атмосферных волн тремя каналами сейсмометра.6 152643251307.510150.6Атмосферноедавление501001502002503005090350152643251307.51015500.6Z-компонента5010015020025030090350215643257.510151300.650N-компонента50100150200250300902643251300.6507.51015E-компонента10015020025030064321684211/21/41/81/161/321/6464321684211/21/41/81/161/321/643501550Период, суткиЧастота, 1/30 сутки64321684211/21/41/81/161/321/649064321684211/21/41/81/161/321/64350ДеньРис.
2. Вейвлет-спектры (в относительных единицах) вариаций приземного давленияатмосферы и осцилляций, регистрируемых трехканальным сейсмометром STS-2, поизмерениям в 2002 г. Контурные линии соответствуют 95%-ному уровню достоверности.7 Для этого взяты одновременные ряды непрерывных измерений барометра и трех каналовсейсмометра STS-2 в Кольмской обсерватории (Германия; 51.3 N, 13.0 E) за весь 2002 г.Сначала были расчитаны спектры Фурье годичных рядов, на которых обнаруженаосцилляция Маддена-Джулиана с периодом около 50 суток для всех четырех спектров.
Далеебыли построены динамические спектры для 30-суточных и 15-суточных рядов и вейвлетспектры (последние даны на рис.2). Во всех спектрах обнаружены совпадения осцилляцийбарометра и трех каналов сейсмометра (особенно в зимний период). Тем самым показано,что все три канала сейсмометра регистрируют волны атмосферы в диапазоне периодов 2-30суток. В вейвлет-спектрах также обнаружены следы осцилляции Маддена-Джулиана спериодом около 50 суток.
Таким образом определена природа шума, регистрируемогосейсмическими приборами вплоть до периодов 50 суток и показано впервые, чтогоризонтальные каналы сейсмометра также регистрируют атмосферные волны.Кроме этого в работе проведена оценка наклонов земной поверхности, возникающих из-заперемещения волн Россби. По порядку величины эти наклоны оказались такими же, как ипри циклонах и антициклонах. Можно предположить, что именно наклоны поверхностиответственны за то, что горизонтальные каналы регистрируют атмосферные волны.Глава 3 “Короткопериодные глобальные колебания в атмосфере” посвещена исследованиюСКА и СКЗ.В разделе 3.1 “Выявление признаков гравитационных собственных колебаний атмосферы”представлена удачная попытка поиска периодичности в появлении пиков в спектрах длягравитационных СКА, о которой говорится в главе 1.
По теории периодичностьгруппирования гравитационных СКА должна быть ~ 7 мкГц. Исследование проводилось длятех же данных, что и в главе 2, но теперь к ним был применен высокочастотный фильтрЛанцоша. Для того, чтобы более детально просмотреть все осцилляции в диапазоне частот от40 до 310 мкГц было взято 5 частот обрезания: 40, 80, 120, 160 и 200 мкГц. Соответственнодля исследования бралось 5 частотных интервалов: 50-150, 90-190, 130-230, 170-270, 210-310мкГц. Выявление колебаний проводилось двумя способами и для барометра, и длясейсмометра: 1) построение гистограмм количиства спектральных пиков превышающихуровень значимости 90%; 2) построение спектров перемножения.
В обоих случаях ряддлиной 1 год был разделен на короткие ряды длиной 5 суток с шагом в 1 сутки. Былавыбрана длина ряда 5 суток, так как в спектрах рядов такой длительности в нашем диапазонепериодов пики соответствующие ВГВ не могут быть статистически значимыми. Дело в том,что ВГВ существуют не более нескольких своих периодов, поэтому пятисуточный рядоказывается слишком длинным для обнаружения этих волн.В первом способе отдельно для каждого прибора и всех пяти случаев фильтрации былипостроены гистограммы на 100-мкГц частотных интервалах, своих для каждого случая.Каждая гистограмма дает по всем пятисуточным спектрам число спектральных пиков,полученных с достоверностью 90 % и распределенных по 1.16-мкГц подынтервалам.Спектры перемножения были получены по формулеP( ) MMpm1m( ),(1)где pm() плотность мощности спектра на частоте для m-го 5-суточного ряда, а M количество перемножаемых спектров.
Далее из гистограмм и спектров перемножения былудален тренд, а оставшийся сигнал был апроксимирован по формуле8 y2 At cos2π / t t Af cos2π / f f .(2)Первая косинусоида в (2) описывает периодичность, связанную с последовательностьюгармоник Sk, частоты которых известны. Расстояние между соседними по числу kгармониками t равно 11.57 мкГц, а t = 31.4, что обеспечивает выполнение равенстваcos(2/t + t) = 1 на частотах гармоник Sk.
Параметром подгонки этой функции являетсятолько амплитуда At. Вторая функция с периодом fпредназначена для поискапериодичности, обусловленной СКА. Все параметры функции Af, f и f являютсяпараметрами подгонки. Таким образом была определена периодичность в группированииспектральных пиков для 20 случаев (см. Таблицу 1).
В 17 из них получены близкие значения.Значение 12.6 мкГц по физическим соображениям можно естественно интерпретировать какудвоение периодичности 6.3 мкГц. При подсчете среднего значения периодичности полученавеличина 6.1±0.3 мкГц, что с учетом грубых приближений, использованных в моделиБеляева и Шведа (2014), очень близко к теоретически предсказанному значению 7 мкГц.Таким образом можно утверждать, что собственные колебания атмосферы генерируютсявплоть до периодов порядка 1 час.Таблица 1. Значения периода f в мкГц, выявленные в пяти частотных интервалах изгистограмм и спектров перемножения, полученных по барометрическим исейсмометрическим измерениям в 2002 г. в Кольме (51.3 N, 13.0 E).БарометрСейсмометрЧастотныйинтервал,мкГцГистограммаперемноженияГистограммаСпектрперемножения50-1505.85.85.76.390-19012.66.46.15.4130-2306.26.46.06.1170-270–*6.56.36.2210-3106.16.58.56.4СпектрРасчет не выявил какой-либо периодичности.В разделе 3.2 “Исследование влияния крупномасштабной динамики атмосферы накороткопериодные глобальные волны атмосферы” подсчитаны коэффициенты корреляциимежду индексами Арктической осцилляции (АО) и возбуждением приливных гармоник, атакже между теми же индексами и возбуждением СКА.
Индекс АО характеризуетежесуточное среднезональное изменение высоты поверхности давления 1000 гПа вмеридиональном направлении выше 20º широты северного полушария и, тем самым, степеньдинамического возмущения атмосферы этого полушария. Для исследования был взят тот женабор барометрических и сейсмометрических пятисуточных спектров за весь 2002 года. В9 соответствие каждому 5-суточному ряду поставлен индекс АО усредненный по 5 суткам.Коэффициент корреляции расчитан по формуле∑∑̅̅,∑(3)где xi – значение спектральной интенсивности в i-ом спектре в заданном частотномподынтервале; ̅ – среднее значение спектральной интенсивности по всем спектрам в этомчастотном подынтервале; yi – значение индекса АО для i-ой пятидневки;– среднеезначение индекса АО для всех пятидневок; N – количество спектров (пятидневок).Для короткопериодных глобальных волн атмосферы связь с крупномасштабной динамикойатмосферы не обнаружена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
