CC BY
44
_____________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Том 153, кн. 2 Физико-математические пауки
2011
УДК 523.683
ВОЛНОВЫЕ ВЫСОТНЫЕ И МЕЖПОЛУШАРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В НИЖНЕЙ И СРЕДНЕЙ АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ С УЧЕТОМ СОЛНЕЧНЫХ И ГЕОМАГНИТНЫХ ФАКТОРОВ
А.Н. Фахрутдипова, А.М. Степанов, В.В. Гурьянов,
А.А. Гаврилов, Д.В. Коротышкип, С.В. Максютип, Д.В. Мамедов, К.А. Магдеев, Д.В. Федоров, И.Д. Ахметгалеев
Аннотация
В работе представлены закономерности динамического режима нейтральной атмосферы па высотах 0 100 км. установленные по радиометеорпым измерениям в Казанском университете па высотах 80 100 км: в интервале высот 0 57 км получены с привлечением архивных даппых Реапализа ВАОС (ОСМО). Рассмотрены динамическая эффективность волновых возмущений с масштабами ВГВ. приливов, плапетарпых воли, межполушарпые взаимодействия: воздействие солпечпо-геомагпитпой активности па динамические параметры и опосредованно па Ев-слои.
Ключевые слова: динамический режим, динамические параметры, нейтральная атмосфера, нижняя и средняя атмосферы, волновые возмущения. ВГВ. приливы, планетарные волны, межполушарпые взаимодействия, солпечпо-геомагпитпая активность.
Радиометеорные исследования нейтральной атмосферы на высотах мезосферы нижней термосферы проводятся в Казанском университете последние 50 лет [1]. Радиометеорные измерения скорости ветра начаты в 1964 1965 гг.. и в 1969 г. впервые проведены непрерывные полугодовые радиометеорные измерения скорости ветра на метеорном радаре, оснащенном высотомером. Регулярные радиометеорные измерения начаты в 1978 г. и проводятся по настоящее время по специальным и международным программам.
Прогресс исследований напрямую связан с техническим уровнем применяемых радиосредств, внедрением новых технологий при обнаружении сигналов, повышением статистической обеспеченности пространственного и временного единичных интервалов измерений, проведением непрерывного мониторинга по координированным измерениям на международной сети станций. Выполнение этих условий позволяет расширить спектр исследуемых динамических процессов: от масштабов акустико-гравитационных, приливных и планетарных волн до долгопериодных вариаций, обусловленных солнечными циклами и климатическими трендами. В последние годы выполнена модернизация метеорного радара, которая позволила улучшить помехозащищенность и повысить статистическую обеспеченность ветровых измерений [2 4]. По результатам измерений созданы база данных и региональная модель преобладающих, приливных, турбулентных движений и параметров годовых, полугодовых вариаций в зависимости от высоты [1]. Региональная модель преобладающих приливных движений включена в международные модели, представленные в работах [5. 6]. Получаемые при международном и российском сотрудничестве результаты исследований, выполненные в Казанском университете.
January
July
1С0 —■
90 :-
«о ■
70
^ Є0 ■ * J
| Ь0
40 ■
30
я у.«
ю I
о
-90° -70' -50е -30° -10" 10“ 30“ 50“ 70" 90“ Latitude
Рис. 1. Высотная и широтная структура зонального ветра в зимний (слева) и летний (справа) периоды
КМ
90
1 1 О
90 70 50 30 20 1 О О
-1 О
-20
-30
-40
J М М J Q IM J М М J 3 FM J М М J S N J М
J MMJ SNJ MMJ SNJ М М J S ГМ J м 1999 2000 2001 2002
Дата
Рис. 2. Локальная высотпо-сезоппая структура преобладающих зонального (верхний рисунок) и меридионального (нижний) ветров
были включены в глобальную полуэмпирическую модель зональной и меридиональной циркуляций для Северного и Южного полушарий [7].
В настоящей статье приводятся наиболее значимые результаты исследований динамических закономерностей в интервале высот 0 100 км.
На рис. 1 показаны примеры высотной и широтной структуры зонального ветра для зимнего и летнего периодов. Видно изменение направления зонального ветра в экваториальных широтах в зимний и летний периоды. Максимальное значение зонального ветра характерно для высот 50 60 км.
На рис. 2 представлены устойчивые высотные структуры зональной и меридиональной скоростей ветра для региона г. Казани (56Х 49Е) за период 1999 2002 гг. Значения скоростей ветра в интервале высот 80 100 км получены по радиометеор-иым измерениям, в интервале высот 0 57 км с привлечением архивных данных
реанализа и данных ВАБС 1ЖМО (Метеорологическое общество Великобритании). Интервал высот 60 80 км получен методом интерполяции данных, представленных для высот 0 57 и 60 80 км [1. 8].
1. Климатическая спектральная модель в нижней и средней атмосфере
Разработана климатическая спектральная модель волновой активности с временными масштабами планетарных волн (2 30 сут) (рис. 3) для региона Казани для четырех сезонов года с использованием интегральных вейвлет-спектров [9. 10]. построенных на базе вейвлет Морле. Интервал усреднения составил 16 лет с 1986 по 2002 г.
На высотах мезосферы нижней термосферы обнаруживаются волновые возмущения с периодами, близкими к периодам волн Россби. Среди всего набора волновых процессов с масштабами планетарных волн, наиболее примечательной является 5-су точная волна, которая характерна для зимы и весны в поле зонального ветра и для зимы, весны и осени в поле меридионального ветра: 2-суточиые и 4-суточные колебания обнаруживают значимую интенсивность преимущественно в летиие месяцы, хотя некоторая волновая активность с периодами, близкими к 4 сут. обнаруживается и в другие месяцы года. Определенная волновая активность наблюдается и с периодами, близкими к 10. 16 и 20 30 сут. При этом интенсивность волновых возмущений сильно зависит от высоты.
Наблюдается преимущественное преобладание по интенсивности волн в поле зональной циркуляции в течение всех сезонов кроме летнего. Однако в летние месяцы наиболее выражены волновые процессы в поле меридионального ветра с периодами 2 4 сут.
Полученные оценки фазы максимума годового цикла для различных уровней высот (тропопауза: ~ 10 км, стратосфера: ~ 29 км, стратопауза: ~ 55 км, мезосфера нижняя термосфера: 84, 90, 94 и 98 км) для зонального и меридионального ветра представлены на рис. 4, а и б соответственно.
Анализ фазы максимума годового цикла для зонального ветра на высотах мезосферы нижней термосферы указывает на скачкообразное изменение фазы с весенне-летних месяцев для периодичностей 2 4 сут на зимние месяцы (декабрь, январь) для временных масштабов 5 30 сут. На высотах тропосферы и стратосферы максимум годового цикла интенсивности волновых возмущений обнаруживается в ноябре декабре для диапазона масштабов от 2 до 30 сут.
Фаза максимума для годового цикла в поле меридиональной циркуляции не имеет выраженных скачков и для интервала высот мезосферы нижней термосферы плавно переходит с летних месяцев (июль август) для 2-су точной волны до зимних месяцев (декабрь январь) для периода 10 сут и более. На высотах 0 55 км максимум интенсивности обнаруживается в зимний период для всех масштабов от 2 до 30 сут.
Для исследования высотной структуры интенсивности волновых процессов в интервале высот 0 100 км с масштабами 2 30 сут проведены расчеты высотных профилей выборочной дисперсии в среднем за сезон (зима 1998 1999 гг., лето 1999 г.) для зонального и меридионального ветров. Расчеты данных параметров выполнены для трех станций: в Казани (56Х, 49Е) радиометеорным методом для высот 80100 км, в Коллме, Германия (52Х, 12Е) методом № Б1 для высотного уровня около 94 км [11] и в Саскатуне, Канада (52Е, 107^¥) на МГ радаре в интервале высот 70 97 км [12, 13], результаты расчетов представлены на рис. 5.
Максимум интенсивности волновых возмущений в зональном и меридиональном ветрах наблюдается около стратопаузы (~ 55 км) в зимний период, в то время
б)
г)
з)
Т, сут
Т, сут
Рис. 3. Энергетические спектры скорости ветра па 8 высотных уровнях в интервале 84 98 км (снизу вверх) для волновых полей зонального (а, в, д, ж), меридионального (б. г. е. в) ветров в зимний, весенний, летпий, осеипий периоды соответственно по измерениям 1986 2002 гг. (Казань)
как в летнии период максимальные значения получены для высот около тропопаузы. В стратосфере в летний период наблюдается слабая волновая активность. Что касается высот мезосферы нижней термосферы, в летний период высотные профили и Сту- для Казани и для Саскатуна совпадают па высотах ниже 90 км. в то время как для высот выше 90 км большая интенсивность обнаруживается для
Фаза максимума годового цикла, мес. Фаза максимума годового цикла, мес.
Рис. 4. Фаза максимума годового цикла интенсивности волновых процессов в интервале периодов 1 27 сут в поле зональной (а) и меридиональной (б) циркуляций
Kazan Saskatoon —о— Collm —Kazan —к— Saskatoon —л— Collm
Рис. 5. Высотные профили выборочной дисперсии скорости зонального (а, б) и меридионального (в. г) ветров па высотах 0 100 км для зимы {а. в) и лета (б. г)
Казани. В зимний период обнаруживаются существенные различия в измерениях на разных станциях как следствие выраженных возмущений циркуляций зимой и. соответственно, более выраженных долготных различий.
Таким образом, разработанная спектральная климатическая модель обнаруживает характерные временные масштабы волновых возмущений в зависимости от сезона и высоты: зимой 5. 16. 27 сут (80 90 км), весной 5 (90 100 км) и 16 сут (80 90 км), летом 2 и 4 сут. осенью 5 и 10 сут.
Установлена устойчивая высотно-сезонная структура интенсивности волновых возмущений для временных масштабов, характерных для планетарных волн в интервале высот 0 55 км для регионов Казани. Коллма. Саскатуна для основных сезонов года (зима и лето) в поле зонального и меридионального ветра. Долготные различия волновой активности заключаются в следующем: в зимний период замечено превышение интенсивности волновых возмущений в Казани по сравнению с регионами Коллма и Саскатуна, тогда как в летний период интенсивности волновых возмущений приблизительно равны.
2. Межгодовые, внутригодовые, внутрисуточные вариации динамических параметров
Разработана и реализована методика спектрального анализа нестационарных временных рядов на основе модифицированного метода непрерывного вейвлет-преобразования с использованием вейвлета Морле. адаптированного для анализа
используемых в работе временных рядов с нерегулярными временными отсчетами, имеющих разрывы. Выполнены расчеты динамической эффективности вихревых потоков для масштабов планетарных волн из выражений
к = а°ь К = ^
11 и2 + сгц ’ у у2 + 4’
где в качестве параметра эффективности вихревых потоков взяты отношения внутримесячной дисперсии суточных значений скорости ветра к сумме квадрата скорости ветра и внутримесячной дисперсии суточных значений скорости ветра для зональной и меридиональной циркуляций. Были рассчитаны параметры эффективности (Кц и Ку) волновых возмущений с масштабами 1^24 ч (внутренние гравитационные волны (ВГВ) и приливы), которые оценивались на основе отношения внутрисуточной дисперсии среднечасовых значений скорости ветра к сумме квадрата скорости ветра и внутрисуточной дисперсии среднечасовых значений скорости ветра [14].
Установленные в интервале высот 0 100 км особенности высотной структуры среднегодовых значений параметров динамической эффективности волновых потоков в поле зональной и меридиональной циркуляций, а также амплитуд и фаз их годовых и полугодовых колебаний соответствуют высотам смены режимов зональной циркуляции.
Получено, что динамическая эффективность волновых возмущений с масштабами ВГВ и приливных воли на высотах 80 110 км примерно в 20 раз выше, чем динамическая эффективность интенсивности волновых движений с масштабами планетарных волн.
На основе сравнения высотных зависимостей амплитуд годовых и полугодовых колебаний фоновой циркуляции и интенсивности волновых возмущений с масштабами ВГВ и приливов получено новое экспериментальное подтверждение того, что преобладающие движения являются энергетически тесно связанными с волновыми возмущениями с масштабами 1 24 ч. диссипация ВГВ приводит к торможению преобладающего зонального ветра.
Установлено, что для среднеширотной атмосферы в интервале высот 0 55 и 80 87 км наблюдается превышение амплитуд годовых колебаний зонального ветра над полугодовыми, что обусловлено преобладанием на этих высотах радиационных энергетических источников атмосферной циркуляции. В то же время для высотного интервала 87 110 км характерно превышение амплитуд полугодовых колебаний зонального ветра над годовыми, так как на этих высотах значительную роль играют вихревые процессы, связанные с взаимодействиями волновых возмущений, как между собой, так и с фоновым потоком.
Спектральный анализ по длительному ряду измерений 1980 2003 гг. для региона Казани показал 11-летшою периодичность во временных рядах среднегодовых значений (А0), амплитуд годо вых (Л\) и полу годов ых (А2) колебаний зонального ветра, усредненного в высотном интервале 80 110 км.
Рассчитанные спектральные плотности мощности (СПМ) вариаций параметров Ао, А1 и А2 для Казани представлены на рис. 6. На рисунках видны периодичности. близкие к 11 годам.
Анализируемые в работе вариации динамических параметров атмосферы (скоростей зонального и и меридионального V ветров, а также интенсивности вихревых движений) представлялись в виде суммы среднегодовых значений, годовой и полугодовой периодичностей:
О 0,0 ( 2 7Г (^ — #01) ^
Р = Ро+ Рл СОЭ -------------- + Рп соэ ----------- ,
V 365 ) V 182-5 )
Рис. 6. Спектральные плотности мощности временных вариаций среднегодовых значений А0, амплитуд годовых А і и полугодовых Л2 колебаний усредненных в высотном интервале 80 110 км скоростей зонального ветра для региона Казани
, /
Амплитуда, м/с
Рис. 7. Высотные профили амплитуд 11-летпих периодичностей временных вариаций среднегодовых значений, амплитуд годовых и полугодовых колебаний зонального ветра (1986 2002 гг. в высотном интервале 80 110 км: 1992 2003 гг. па высотах 0 55 км)
где Р - изучаемый динамический параметр; Po, Pi и Р2 - среднегодовое значение, амплитуды годовых и полугодовых колебаний соответственно, toi, to2 _ времена максимума годовых и полугодовых колебаний, t - время (в сутках).
На рис. 7 представлены результаты рассчитанных значений 11-летних периодичностей в межгодовых вариациях среднегодовых значений, а также в вариациях амплитуд годовых и полугодовых колебаний зонального ветра за период 1986 2002 гг. в высотном интервале 80 110 км и за период 1992 2003 гг. в интервале 0 55 км. На рисунке четко проявляется изменчивость 11-летних периодичностей в интервале 0 100 км, а также в зависимости от анализируемого динамического процесса: среднегодовые значения, амплитуды годовых и полугодовых колебаний ветра. Замечена тенденция роста амплитуд годовых и полугодовых колебаний на высотах около 100 км. Для среднегодовых значений максимумы наблюдаются на высотах около 55 и 90 км.
Проведенные исследования позволили установить механизмы волнового взаимодействия различных слоев нижней, средней атмосферы, динамическую эффективность волновых возмущений с масштабами ВГВ, приливных и планетарных волн. Представленные результаты опубликованы в [15 19].
3. Взаимодействие волн с зональным потоком
Проведено исследование взаимодействия планетарных волн с зональным потоком с использованием концепции потока Элпассена Пальма [20]. Проведенные ранее коллективом исследования по данным архива MetOffice Stratospheric Assimilated Data за период 1994 2006 гг. в слое 0 55 км [21] выявили наличие в стратосфере внетроппческих широт трех областей дивергенции потока Элиассе-на Пальма (рис. 8), что говорит о существовании здесь источника стратосферных
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
^ ♦. ^ ^ ^ ♦- ^ Ч ч ч ч Ч ч ч ч Ч ч ч ч ч ч ч ч * ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч t t Ч Ч Ч t t t t t 4 t t t t t t t t t t t Hilt 7-7-; ; ; ; ч 4 4 t 4 t Ч Ч Ч Ч 4 t Ч Ч Ч Ч 4 + Ч Ч Ч' Ч 4 t Ч Ч Ч Ч Ч 4 ч 4 4 t t 4 4 4 t t 4 4
^ ^ 4L. ч ч ч ч ч % ^ччччччч* ; П 'i И ! 4 t 4 t 4 t ч 4 t t + t t t t t t t t t t t t t t t i i t t t t t t t t t t t t f * t t t t * ^ Инг!
10
20
30
40
50
60
70
80 с.ш.
55 — 12
50 8
45 4
40 35 — 0
30 в -4
25 щ -8
20 щ -12
15 — -16
10 — -20
5 Е -24 -28
Рис. 8. Вектор Элиассена — Пальма и его дивергенция (м • с 1 ■ сут 1) для января 19942006 гг.)
планотарных волн [22]. Очаги положительной дивергенции расположены па высоте около 30. 40 и 48 км. При этом верхний очаг (наиболее интенсивный), располагается на верхней границе области наблюдений. В связи с этим в 2006 г. проведено дальнейшее исследование вихревого форсинга зонального потока с использованием архива Mot Office Stratospheric Assimilated Data за период 2003 2006 гг. в слое О 63 км. По трем зимним сезонам установлено, что область интенсивного положительного вынуждения западного потока в верхней стратосфере внотропических широт сменяется отрицательным вынуждением в нижней мезосфере выше 60 км.
Для объяснения наблюдаемой высотно-широтной структуры выдвинута гипотеза о высотной изменчивости нелинейных взаимодействий планетарных волн на высотах стратосферы в интервале широт, для которого характерно вертикальное распространение планетарных волн с тропосферных уровней. Суть гипотезы заключается в следующем. На основе биспоктралыгого анализа длительных временных рядов (6 месяцев холодного периода) обнаружено нелинейное взаимодействие волновых возмущений с временными масштабами планетарных волн и колебаниями с периодами 30 90 сут. присутствующими в тропо-стратосфере. Оно приводит к усилению интенсивности планетарных волн и увеличению эффектов их взаимодействия как между собой, так и с фоновым потоком. В конечном итоге процессы нелинейных взаимодействий играют роль возможных источников энергии планетарных волн, постуиаемой от крупномасштабных движений.
4. Межполушарные взаимодействия
Исследование можполушариых взаимодействий выполнено в работе [23] с использованием нестационарной полуэмпиричоской модели атмосферных термических приливов (АТП) [24].
Численные эксперименты с использованием разработанной полуэмпиричоской модели АТП показали, что полусуточные приливные возмущения (ИВ), генерируемые антарктической озоновой аномалией (АОА). распространяясь в горизонтально-вертикальном направлении от АОА. достигают среднеширотной и полярной иижиой термосферы Северного полушария и из-за наличия турбулентной и молекулярной вязкости диссипируют на этих высотах. На этих же высотах ПВ из-за взаимодействия с фоновыми движениями теряют энергию и импульс. Как результат. ПВ. генерируемые АОА. непосредственно воздействуют на фоновую циркуляцию и фоновую температуру нижней термосферы Северного полушария.
широта
Рис. 9. Широтно-высотный рельеф меридионального потока энергии Ри*, переносимый полусуточными ПВ. генерируемыми АО А
На рис. 9 в качество примера приведен полученный в численных экспериментах широтно-высотный рельеф меридионального потока энергии Ри * (и * - комплексно сопряженное значение меридиональной компоненты скорости ПВ). которую переносят полусуточные ПВ. генерируемые АОА.
Как видно из рис. 9. полусуточные ПВ распространяются в меридиональном направлении (с юга на север) под углом 1-2° к горизонту и достигают среднеширотной и полярной нижней термосферы Северного полушария. Критическими широтами для них являются лишь полюсные шпроты (в = 0; 180°), поэтому происходит распространение приливных волн в мезосфере и нижней термосфере Северного полушария и обмен энергией и импульсом с фоновыми движениями, существующими на этих высотах.
При некоторых сценариях рассчитанные поправки к фоновой температуре в полярной нижней термосфере Северного полушария за счет диссипации и долготной дивергенции потоков энергии и импульса полусуточных ПВ, генерируемых антарк-
10°
5. Геомагнитные возмущения в мезосфере — нижней термосфере
Проведено исследование реакции ветра нейтральной атмосферы в высотном диапазоне 80 110 км, полученного радиомотоорным методом в Казани (56Х, 49Е), на геомагнитные возмущения, вызванные прохождением Земли через границы секторов межпланетного магнитного поля (ММП).
В связи с выраженными годовыми и полугодовыми вариациями динамических процессов и их высотной изменчивостью проведено исследование геомагнитных эффектов в зависимости от высоты и сезона. Обнаружены следующие основные закономерности влияния смены полярности ММП на динамику верхней мезосферы нижней термосферы (рис. 10): прохождение Земли через границы секторов ММП сопровождается возмущением геомагнитного поля и ростом значений Кр-индокса (планетарного индекса геомагнитной активности): наиболее выраженное влияние смены полярности ММП на величину нейтрального ветра наблюдается в верхней мезосфере нижней термосфере для зональной составляющей ветра зимой, для меридиональной летом: обнаружена высотная зависимость влияния смены
к 105-
«) К/
/ / Т\ ЁЗ о 95-
4 г/ 13 •
1, у 90-
/■ \ 85-
1\ і 80-
5
м/с
20 25
п день до события ° смена полярности л день после события
а - зональная зима о - зональное лето
-
-
5
/
20 25
Рис. 10. Влияние смепы полярности ММП па динамику верхней мезосферы пижпей термосферы
110
В, м2/с2
и
(V) ветра и интенсивность мезомасштабной турбулентности (В)
полярности ММП на параметры нейтрального ветра в области высот верхней мезосферы нижней термосферы, степень и характер которой зависят от исследуемого процесса и сезона наблюдения.
Проведенные исследования влияния геомагнитных возмущений на динамические параметры [25] показали следующее. Для зонального преобладающего ветра в летний и зимний периоды наблюдается его ослабление при усилении уровня геомагнитной возмущонности во всем высотном интервале: для меридиональной компоненты во всем высотном интервале замечено появление составляющей, направленной на север (рис. 11): при возмущенных геомагнитных условиях обнаружен поворот вектора преобладающего ветра против часовой стрелки в осенне-зимний период: летом обнаружен поворот вектора преобладающего ветра по часовой стрелке при возмущенных геомагнитных условиях в интервале высот 90 110 км и против часовой стрелки в интервале высот 80 90 км. Для амплитуды и фазы суточного и полусуточного приливов отклик па геомагнитные возмущения менее выражен, чем для преобладающего ветра. Влияние уровня геомагнитной активности на мозомас-штабиую турбулентность наиболее выражено летом в интервале высот выше 95 км. когда для возмущенных условий наблюдается двукратное усиление интенсивности турбулентности на высотах 100 105 км (рис. 11).
Для учета влияния вариаций солнечной и геомагнитной активностей на параметры нейтрального ветра, которые могут привести к изменению условия образования Es-слоов, проведено совместное рассмотрение влияния вариаций солнечной и геомагнитной активностей как на динамические параметры нейтральной атмосферы. так и на параметры Es-слоов. Показано, что отрицательная корреляция вероятности появления интенсивных Es-слоов с циклом солнечной активности является результатом опосредованного воздействия уровня солнечной активности через параметры нейтрального ветра [26. 27].
Обнаружено влияние интенсивности мезомасштабной турбулентности на Es-слои. При высоком уровне турбулентности Es-слои отсутствовали, тогда как при ослаблении интенсивности турбулентности выявлена тенденция к появлению интенсивных Es-слоов [28].
Результаты координированных исследований показали, что иижияя и средняя атмосфера представляет собой сложную термодинамическую систему с волновыми механизмами взаимосвязи различных высотных слоев, а также межиолутарных взаимодействий. Установлены солнечные и геомагнитные факторы, степень влияния которых зависит от природы динамических процессов сезона и высоты атмосферных слоев. Установленные высотно-сезонные закономерности по измерениям на международной сети станций позволили обнаружить долготные различия. На сегодняшний день полуэмпиричоская модель зональной и меридиональной циркуляций в интервале высот 0 100 км разработана лишь в среднезоналыюм приближении. Тем по менее данная модель важна для развитии международных справочных моделей CIRA. MSIS и численной гидродинамической модели циркуляции и температуры средней атмосферы, а также при разработке прогноза распространения радиоволн в нейтральной и заряженной атмосфере.
Summary
A.N. Fakhruttlinova, A.M. Stepanov, V.V. Guryanov, A.A. Gavrilov, D.V. Korotyshkin,
S.V. Maksyutin, D.V. Mamedov, K.A. Magdeev, D.V. Fedorov, I.D. Akhmetgaleev. Higli-Alti-t.ude Wave and Int.erliemisplieric Interactions in the Earth’s Lower and Middle Atmospheres with Account of Solar and Geomagnetic Factors.
This work investigates the dynamic regime of the neutral atmosphere for the range of heights of 0 100 km. The analysis was accomplished by the radio meteor method in Kazan University for the height region from 80 to 100 km. For the heights of 0 57 km. the measurements were carried out using the archive data of В ADC (UKMO). We considered the dynamic efficiency of wave perturbations with time scales of inner gravity waves, tides.
and planetary waves, as well as int.erhemispheric interactions. The influence of solar and geomagnetic activity 011 the dynamic parameters of the atmosphere and 011 the Es layers was also studied.
Key words: dynamic regime, dynamic parameters, neutral atmosphere, lower and middle atmospheres, wave perturbations, inner gravity waves, tides, planetary waves, int.erhemispheric interactions, solar and geomagnetic activity.
Литература
1. Фахрутдииова, А.Н. Циркуляция мезосферы пижией термосферы средних широт.
Казань: Казан, гос. уп-т, 2004. 167 с.
2. Фахрутдииова А.Н., Коротышкии Д.В. Радиометеорпые измерения скорости ветра па метеорном радаре Казанского университета // Материалы 21 Всерос. науч. копф. «Распространение радиоволн», 25 27 мая 2005 г. Йошкар-Ола, 2005. С. 251 256.
3. Белъкович О.И., Карпов А.В., Насыров А.М., Сидоров В.В., Тептии Г.М., Фахрутдииова, А.Н., Шерстюков О.Н. Радиофизические исследования околоземного космического пространства в Казанском университете // Учен. зап. Казап. уп-та. Сер. Физ.-матем. пауки. 2005. Т. 147, кп. 2. С. 173 185.
4. Фахрутдииова, А.Н. Развитие радиометеорпых средств в целях проведения геофизических исследований в мезосфере пижпей термосфере над регионом восточной Европы // Всеукр. межведом. пауч.-техп. сб. «Радиотехника». Харьков: Харьк. нац. уп-т радиоэлектроники, 2010. Вып. 160. С. 253 257.
5. Punchevu D., Mitchell N.J., Hugun М.Е., Munson A.H., Meek C.E., Luo YL, Jacobi Ch., Kiirschner D., Clark R.R., Hocking W.K., MucDougull J-, Jones G.O., Vincent, R.A., Reid I.М., Singer W., Igarashi K., Fraser G.I., Nakmura Т., Tsuda Т., Portnya-gin Yu., Merzlyakov E., Fahrutdinova A.N., Stepanov A.M., Poole L.M., Malinga S.B., Kashcheyev B.L., Oleynikov A.N., Riggin D.M. Global-scale tidal structure in the mesosphere and lower thermosphere during the PSMOS campaign of June August 1999 and comparison with the Global Scale Wave Model // J. Atmos. Solar-Terr. Pliys. 2002.
V. 64. P. 1011 1035.
6. Portnyagin Yu., Solovjova Т., Merzlyakov E., Forbes J., Palo S., Ortland D., Hocking W., MacDougall J., Thayaparan Т., Mans on A., Meek C., Hoffmann P., Singer W., Mitchell N., Pancheva D., Igarashi K., Murayama Y., Jacobi Ch., Kuerschner D., Fahrutdinova A., Korotyshkin D., Clark R., Tailor М., Franke S., Fritts D., Tsuda Т., Nakamura Т., Gurubaran S., Rajaram R., Vincent R., Kovalam S., Batista P., Poole G., Malinga S., Fraser G., Murphy D., Riggin D., Aso Т., Tsutsumi M. Mesospliere/lower t.hermoshere prevailing wind model // Adv. Space Res. 2004. V. 34. P. 1755 1762.
7. Jacobi Ch., Frohlich K., Portnyagin Y., Merzlyakov E., Solovjova Т., Makarov N., Rees D., Fahrutdinova A., Guryanov V., Fedorov D., Korotyshkin D., Forbes J., Pogorel-tsev A., Kiirschner D. Semi-empirical model of middle atmosphere wind from the ground to the lower thermosphere // Adv. Space Res. 2009. V. 43, No 2. P. 239 246.
8. Fahrutdinova A.N., Korotyshkin D. V., Guryanov V. V. Altitudinal structure of annual and int.erannual variations of parameters of the lower and middle atmosphere over Kazan (56N, 49E) during the solar activity maximum phase (1998 2002 year) // Environ. Radioecol. Appl. Ecol. 2002. V. 8, No 2. P. 29 36.
9. Коротышкии Д.В. Климатическая спектральная модель волновой активности с вре-
менными масштабами плапетарпых воли средпеширотпой мезосферы пижпей термосферы: Автореф. дис. ... капд. физ.-матем. паук. Казань, 2005. 18 с.
10. Фахрутдииова, А.Н. Волновая структура циркуляции пижпей и средней атмосферы
Земли. Казань: Казап. гос. уп-т, 2006. 180 с.
11. Merzlyakov E.G., Portnyagin Yu.I., Jacobi C., Mitchell N.J., Muller E.G., Manson A.H., Fachruttlinova A.N., Singer W., Hoffmann P. On the longitudinal structure of the transient day-to-day variation of the semidiurnal tide in the mid-lat.it.ude lower thermosphere I. Winter season // Ann. Geopliys. 2001. V. 19, No 5. P. 545 562.
12. Fahrutdinova A.N., Guryanov V.V., Korotyshkin D.V., Manson A.H, Meek G.E.,
Jacobi Ch., Kurschner D. Longitudinal variability of the zonal and meridional circulation and the intensity of planetary waves in the lower and the middle atmospheres // Adv. Space Res. 2003. V. 32, No 9. P. 1759 1764.
13. Fahrutdinova A.N., Guryanov V.V., Korotyshkin D.V., Manson A.H., Meek G.E.,
Jacobi Ch., Kurschner D. Planetary waves activity and rotational effects in the midlatitudes of the lower and middle atmosphere (0 100 km) // Adv. Space Res. 2003.
V. 32, No 5. P. 869 784.
14. Елъкии А.Ю. Высотпо-сезоппая структура циркуляции средпеширотпой средней ат-
мосферы и влияние солнечной активности па ее межгодовую изменчивость: Автореф. дис. ... кацц. физ.-матем. паук. Казань, 2006. 18 с.
15. Fahrutdinova A.N., Perevedencev Yu.P., Guryanov V.V., Kulikov V.V. Dynamical
processes and correlations at midlatitudes in the lower and middle atmosphere // Adv. Space Res. 2001. V. 27, No 10. P. 1667 1672.
16. Fahrutdinova A.N., Guryanov V.V., Korotyshkin D.V. Rotational spectra and wavelet
analysis in the investigation of wave activity of vectorial wave fields in the earth
atmosphere // Georesources. 2001. No 2 (5). P. 10 13.
17. Fahrutdinova A.N., Elkin A., Guryanov V. Height variability of solar effects on dynamical processes of middle atmosphere//Adv. Space Res. 2005. V. 37, No 8. P. 1589 1596.
18. Fakhrutdinova A.N., Guryanov V.V., El'kin A.Yu. Height.-Season Structure of the Available Potential Energy and Kinetic Energy in the Lower and Middle Atmosphere // Izv. Atmos. Ocean. Pliys. 2006. V. 42, No 1. P. 60 67.
19. Фахрутдипова A.H., Гурьянов В.В., Елькин А.Ю. Высотпо-времешгая структура доступной потенциальной и кинетической энергии в нижней и средней атмосфере //
Изв. РАН. Сер.: Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42, Л'! 1. С. 64 72.
20. Eliassen A., Palm Е. On the transfer of energy in stationary mountain waves // Geopliys. Publ. 1961. V. 22, No 3. P. 1 23.
21. Guryanov V.V., Fahrutdinova A.N. Height and time variability of planetary wave activity // Adv. Space Res. 2009. V. 43, No 3. P. 401 412.
22. Hartmann D.L., Mechoso C.R., Yamasaki K. Observations of wave-mean flow interaction in the Southern Hemisphere // J. Atmos. Sci. 1984. V. 41, No 3. P. 351 362.
23. Капица А.П., Гаврилов А.А. Оценка и прогноз дальнего волнового воздействия озопа и водяного пара атмосферы Антарктиды па циркуляцию и температуру пижпей термосферы пад регионами России // Докл. РАН. 2010. Т. 434, Л'! 1. С. 112 116.
24. Гаврилов А.А., Кайдалов О.В. Численная модель приливов па высотах 70 100 км и ее сравнение с экспериментальными данными // Геомагп. аэроном. 1990. Т. 30,
3. С. 474 481.
25. Fahrutdinova A.N., Sherstyukov O.N., Maksyutin S. V. The geomagnetic activity influence on the dynamics of the upper mesosphere and lower thermosphere // Int. J. Geomagn. Aeron. 2001. V. 2, No 3. P. 201 208.
26. Maksyutin S.V., Fahrutdinova A.N., Sherstyukov O.N. Es layer and dynamics of neutral atmosphere during the periods of geomagnetic disturbances // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001. V. 63, No 5. P. 545 549.
27. Максюлши С.В. Вариации параметров слоя Es и мезотермосферпого ветра в зависи-
мости от гео-гелиоактивпости: Автореф. дис. ... капд. физ.-матем. паук. Казань. 2004. 18 с.
28. Fahruttlinova A.N., Sherstyukuv O.N., Yasnitsky D.S. The influence of the irregular movements in the lower thermosphere on the ionospheric Es-layer by radiomet.eor observations in Kazan (56N, 49E) // Pliys. Cliem. Earth. 2001. V. 26, No 6. P. 445 448.
Поступила в редакцию 29.12.10
Фахрутдинова Антонина Николаевна доктор физико-математических паук, профессор, главный паучпый сотрудник кафедры радиофизики Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: Antunina.FahrutdinuvaQksu.ru
Степанов Анатолий Михайлович научный сотрудник кафедры радиофизики Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: anniistep втаіі. ru
Гурьянов Владимир Владимирович кандидат географических паук, доцепт кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: Vladimir.GuryanuvQksu.ru
Гаврилов Анатолий Александрович кандидат физико-математических паук, ведущий паучпый сотрудник кафедры рационального природопользования географического факультета Московского государственного университета.
E-mail: а_ a_yavriluvQmail.ru
Коротышкин Дмитрий Викторович кандидат физико-математических паук, ассистент кафедры радиофизики Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: djrdtjij.kmvbjshkijiMksu.ru
Максютин Сергей Владимирович кандидат физико-математических паук, доцепт кафедры радиофизики Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: sejyey.jnaksyutijiMyjnail.cujn
Мамедов Денис Владимирович ипжепер-программист ICL КПО ВС, г. Казань.
E-mail: Dejiis.MajneduvQJts.fujitsu.cmn
Магдеев Константин Альбертович аспирант кафедры радиофизики Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: ліглипглипгт Qjnail. ru
Федоров Дмитрий Викторович младший научный сотрудник кафедры радиофизики Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: dmitr.feduruv Qyjnail. солі
Ахметгалеев Ильнур Данилович аспирант кафедры радиофизики Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: lucky-ilnurQjnail. ru
