Волновая активность внутренних гравитационных волн в мезосфере и нижней термосфере в период метеорологического шторма

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследуется влияние метеорологического шторма в октябре 2018 г. в Балтийском море на состояние мезосферы и нижней термосферы. Проведен анализ волновой активности внутренних гравитационных волн по данным спутника TIMED/SABER и определены эффекты метеорологического шторма на высотах 80–100 км. Для расчета плотности потенциальной энергии внутренних гравитационных волн и выделения возмущений температуры, обусловленных их распространением на высотах нижней термосферы, был адаптирован метод на основе модовой декомпозиции из данных SABER. Проведенный вейвлет-анализ возмущений температуры выявил два диапазона вертикальных длин волн 5–8 км и 14–18 км. В области метеорологического шторма амплитуда внутренних гравитационных волн с вертикальными длинами волн 5−8 км возрастает, а область их максимума расширяется и смещается вверх на высоты ~90 км, в то время как в метеорологически спокойные дни данные волны наблюдаются на высотах 65–70 км и с меньшими амплитудами. Над областью метеорологического шторма на высотах 90–100 км значительно увеличиваются значения плотности потенциальной энергии внутренних гравитационных волн по сравнению со спокойными днями до и после шторма, а также увеличиваются пространственные размеры области возмущения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. П. Борчевкина

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова

Автор, ответственный за переписку.
Email: olga.borchevkina@mail.ru

Калининградский филиал (Кф ИЗМИРАН)

Россия, Калининград

Ф. С. Бессараб

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова

Email: olga.borchevkina@mail.ru

Калининградский филиал (Кф ИЗМИРАН)

Россия, Калининград

А. В. Тимченко

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова

Email: olga.borchevkina@mail.ru

Калининградский филиал (Кф ИЗМИРАН)

Россия, Калининград

И. В. Карпов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова

Email: olga.borchevkina@mail.ru

Калининградский филиал (Кф ИЗМИРАН)

Россия, Калининград

Список литературы

  1. Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Виноградов Г.Р., Жемяков И.Н., Калинина Е.Е., Першин А.В. Параметры атмосферной турбулентности и динамика нижней ионосферы в исследованиях на стенде СУРА // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. №6. С. 777−793. 2021. doi: 10.31857/S0016794021060031
  2. Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Калинина Е.Е. Акустико-гравитационные волны в условиях неоднородного профиля температуры нейтральной компоненты в атмосфере Земли // Хим. физика. Т. 41. № 5. С. 441−52. 2022. doi: 10.31857/S0207401X22050028
  3. Бахметьева Н.В., Жемяков И.Н., Григорьев Г.И., Калинина Е.Е. Влияние природных факторов на температуру нижней термосферы // Хим. физика. Т. 42. № 10. С. 50−63. 2023. doi: 10.31857/S0207401X23100023
  4. Беляев А.Н. Механизм формирования в атмосфере земли мезомасштабных пульсирующих струйных течений // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 58. № 3. С. 344−351. 2022. doi: 10.31857/S0002351522030038
  5. Борчевкина О.П., Карпов И.В., Карпов М.И. и др. Ионосферные возмущения, обусловленные прохождением метеорологического шторма в Калининграде в октябре 2018 г. // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 2. С. 37−41. doi: 10.18127/j00338486-202002(04)-06
  6. Григорьев Г.И. Акустико-гравитационные волны в атмосфере Земли (Обзор) // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 42. № 1. С. 3−24. 1999.
  7. Карпов И.В., Борчевкина О.П., Дадашев Р.З., Ильминская А.В. Влияние метеорологических штормов на параметры ионосферы в Балтийском регионе в 2010 г. // Солнечно-земная физика. Т. 2. № 2. С. 64−68. 2016. doi: 10.12737/18653
  8. Карпов И.В., Васильев П.А. Возмущения ионосферы, обусловленные воздействием локализованных термосферных источников // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. №4. С. 496−501. 2020. doi: 10.31857/S0016794020040069
  9. Карпов М.И., Карпов И.В., Борчевкина О.П. и др. Возмущения ионосферы во время метеорологических штормов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 5. С. 646−654. 2020. doi: 10.31857/S0016794020050107
  10. Коршунов В.А., Зубачев Д.С. Определение параметров волновых возмущений средней атмосферы по данным лидарных измерений // Оптика атмосферы и океана. Т. 28. № 11. С. 993−1002. 2015. doi: 10.15372/AOO20151106
  11. Кшевецкий С.П., Курдяева Ю.А., Гаврилов Н.М. Приближение коротких по вертикали волн малой амплитуды в атмосфере с учетом среднего ветра // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 59. № 1. С. 44−54. 2023. doi: 10.31857/S0002351523010078
  12. Куницын В.Е., Крысанов Б.Ю., Воронцова А.М. Генерация акустико-гравитационных волн различными источниками на поверхности Земли // ВМУ. Серия 3. Физика. Астрономия. № 6. С. 112−119. 2015.
  13. Федоренко А.К., Беспалова А.В., Жук И.Т., Крючков Е.И. Широтные особенности акустико-гравитационных волн в верхней атмосфере по данным спутниковых измерений // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 57. № 4. С. 510−521. 2017. doi: 10.7868/S0016794017030051
  14. Шалимов С.Л., Захаров В.И., Соловьева М.С. и др. Волновые возмущения нижней и верхней ионосферы во время тропического циклона Faxai 2019 г. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 2. С. 216−226. 2023. doi: 10.31857/S0016794022600442
  15. Шалимов С.Л., Соловьева М.С. Отклик ионосферы на прохождение тайфунов по наблюдениям методом СДВ-радиопросвечивания // Солнечно-земная физика. Т. 8. № 3. С. 54−61. 2022. doi: 10.12737/szf-83202208
  16. Baumgarten K., Gerding M., Baumgarten G., Lübken F.J. Temporal variability of tidal and gravity waves during a record long 10-day continuous lidar sounding // Atmos. Chem. Phys. V. 18. № 1. P. 371−384. 2018. doi: 10.5194/acp-18-371-2018
  17. Borchevkina O.P., Adamson S.O., Dyakov Y.A. et al. The influence of tropospheric processes on disturbances in the D and E ionospheric layers // Atmosphere. V. 12. № 9. P. 1116. 2021. doi: 10.3390/atmos12091116
  18. Fritts D.C., Alexander M.J. Gravity wave dynamics and effects in the middle atmosphere // Rev. Geophys. V. 41. № 1. P. 3−64. 2003. doi: 10.1029/2001RG000106
  19. Fritts D.C., Bizon C., Wern, J.A., Meyer C.K. Layering accompanying turbulence generation due to shear instability and gravity‐wave breaking // J. Geophys. Res. V. 108. № D8. 2003. doi: 10.1029/2002JD002406
  20. Garcia R.R., Lieberman R., Russell J.M., Mlynczak M.G. Large-scale waves in the mesosphere and lower thermosphere observed by SABER // J. Atmos. Sci. V. 62. № 12. P. 4384−4399. 2005. doi: 10.1175/JAS3612.1
  21. Hindley N.P., Wright C.J., Smith N.D., Mitchell N.J. The southern stratospheric gravity wave hot spot: individual waves and their momentum fluxes measured by COSMIC GPS-RO // Atmos. Chem. Phys. V. 15. Is. 14. P. 7797−7818. 2015. doi: 10.5194/acp-15-7797-2015
  22. Huang N.E., Shen Z., Long S.R. et al. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis // Proc. R. Soc. Lond. A. V. 454. P. 903−995. 1998. doi: 10.1098/rspa.1998.0193
  23. John S.R., Kumar K.K. TIMED/SABER observations of global gravity wave climatology and their interannual variability from stratosphere to mesosphere lower thermosphere // Clim. Dynam. V. 39. P. 1489–1505. 2012. doi: 10.1007/s00382-012-1329-9
  24. Koucká Knížová P., Podolská K., Potužníková K. et al. Evidence of vertical coupling: meteorological storm Fabienne on 23 September 2018 and its related effects observed up to the ionosphere // Ann. Geophys. V. 38. № 1. P. 73−93. 2020. doi: 10.5194/angeo-38-73-2020.
  25. Llamedo P., Salvador J., de la Torre A. et al. 11 Years of Rayleigh lidar observations of gravity wave activity above the southern tip of South America // J. Geophys. Res. Atmos. V. 124. Is. 2. P. 451−467. 2019. doi: 10.1029/2018JD028673
  26. Medvedev A.S., Yiğit E. Gravity waves in planetary atmospheres: Their effects and parameterization in global circulation models // Atmosphere. V. 10. P. 531. 2019. doi: 10.3390/atmos10090531
  27. Mlynczak M. A comparison of space-based observations of the energy budgets of the mesosphere and the troposphere // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. V. 64. № 8–11. P. 877–887. 2002. doi: 10.1016/S1364-6826(02)00043-3
  28. Mosna Z., Kouba D., Koucka Knizova P. et al. Ionospheric storm of September 2017 observed at ionospheric station Pruhonice, the Czech Republic // Adv. Space Res. V. 65. № 1. P. 115–128. 2020. doi: 10.1016/j.asr.2019.09.024
  29. Nayak C., Yiğit E. Variation of small-scale gravity wave activity in the ionosphere during the major sudden stratospheric warming event of 2009 // J. Geophys. Res. V. 124. P. 470–488. 2019. doi: 10.1029/2018JA026048
  30. Nigussie M., Moldwin M., Yizengaw E. Investigating the role of gravity waves on equatorial ionospheric irregularities using TIMED/SABER and C/NOFS satellite observations // Atmosphere. V. 13. № 9. P. 1414. 2022. doi: 10.3390/atmos13091414
  31. Plougonven R., Zhang F. Internal gravity waves from atmospheric jets and fronts // Rev. Geophys. V. 52. № 1. P. 33–76. 2014. doi: 10.1002/2012RG000419
  32. Remsberg E.E., Marshall B.T., Garcia-Comas M. et al. Assessment of the quality of the Version 1.07 temperature-versus-pressure profiles of the middle atmosphere from TIMED/SABER // J. Geophys. Res. V. 113. Is. D17. P. D17101. 2008. doi: 10.1029/2008JD010013
  33. Sakib M.N., Yiğit E. A Brief overview of gravity wave retrieval techniques from observations // Front. Astron. Space Sci. V. 9 Art. 824875. P. 1–9. 2022. doi: 10.3389/fspas.2022.824875
  34. Savitzky A., Golay M. J. E. Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures // Anal. Chem. V. 36. P. 1627–1639. 1964. doi: 10.1021/ac60214a047
  35. Strelnikova I., Almowafy M., Baumgarten G. et al. Seasonal cycle of gravity wave potential energy densities from lidar and satellite observations at 54° and 69°N // J. Atmos. Sci. V. 78. P. 1359–1386. 2021. doi: 10.1175/JAS-D-20-0247.1
  36. Walterscheid R.L., Schubert G. Nonlinear evolution of an upward propagating gravity wave: overturning, convection, transience and turbulence // J. Atmos. Sci. V. 47. P. 101–125. 1990. doi: 10.1175/1520-0469(1990)047<0101:NEOAUP>2.0.CO;2
  37. Wang L., Geller M.A., Alexander M.J. Spatial and temporal variations of gravity wave parameters. part I: Intrinsic frequency, wavelength, and vertical propagation direction // J. Atmos. Sci. V. 62. P. 125–142. 2005. doi: 10.1175/JAS-3364.1
  38. Yiğit E., Medvedev A.S., Ern.M. Effects of latitude-dependent gravity wave source variations on the middle and upper atmosphere // Front. Astron. Space Sci. V. 7. Art. 614018. P. 1–17. 2021. doi: 10.3389/fspas.2020.614018

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичная траектория движения шторма в октябре 2018 г.

Скачать (127KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вариации температуры, осредненные в области 40–60° N, 0–20° E в ночное (а) и дневное (б) время в октябре 2018 г. по данным SABER/TIMED. Время начала и окончания шторма выделено вертикальными штриховыми линиями.

Скачать (185KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Профиль температуры 19 октября 2018 г. в 13:41 UT в 53° N, 21° E (черная линия), фоновая температура (серая линия) (а), возмущения температуры, обусловленные влиянием ВГВ (б).

Скачать (78KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектрограммы температурных возмущений в долготном секторе 13–17° E и на широтах 48° N (а); 52° N (б); 54° N (в); 58° N (г); 61° N (д); 65° N (е) в ~ 23:30 UT 22 октября 2018 г.

Скачать (208KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Плотность потенциальной энергии ВГВ в области 52–55° N и 15–21° E для отдельных ночных пролетов спутника 19, 22–25 октября.

Скачать (169KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменения потенциальной энергии ВГВ в различные дни октября 2018 г. в ночное время (верхняя панель) и в дневное время (нижняя панель).

Скачать (465KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».