Введение к работе
Актуальность исследования. Солнечные термические приливы представляют собой вынужденные колебания атмосферы с периодом , кратным 24 часам. Приливообраэующим источником для этих колебаний является поглощение солнечной радиации водяным паром в тропосфере и озоном в отрдтомезосфере. При распространении приливов от источников возбуждения вверх их амплитуды возрастают из-за уменьшения плотности атмосферы и на высотах нижней термосферу онп сносят существенный вклад в формирование динамического и термического режимов. Согласно современным представлениям без учета этого вклада нельзя построить адекватных моделей теплового режима, плркуляпии и газового состава меяоеферу терме-сферы. Перенос тепла к количества движения термическими приливами является важным фактором взаимодействия между атмосферными слоями. Необходимость исследования динамических пропессов в атмосфере, обусловленных термическими приливали, Диктуется потребностью выявления механизмов такого взаимодействия и установления причинно-следственных связей между процессами, протекающими в различных облас""."'х средней атмосферы. Знание закономерностей таких связей n03L"і * получать ка основе данных о термических приливах в нижней термосфере ценную информацию об озоне. Потребность в изучении пространственно-аременной структуры приливов в верхней атмосфере обусловлена так*е возикгией в последние десятилетия необходимостью прогнозирования глобального переноса при -месей, являющихся продуктом технологической деятельности человека в космическом пространстве.
За более чей ЗР-летк^й период исследор&ния приливов в средней атмосфер? накоплен значительный экспериментальный материал.
полученгшй в основном радиометеорным методом v. методом частин ьух отранэний. Наряду с экспериментальными проводились интенсивные теоретические исследования, направленные на создание моде -лей приливов. Результаты теоретических исследований позволили идентифицировать суточные и полусуточные колебания в средней атмосфере соотпетствующими термическими приливами. Однако полученные ранее модели приливов не могут удовлетворительно объяс -нить наблюдаюїдиєся экспериментально сезонно-широтные и высотнне варианта их параметров. Последние теоретические исследования показали, что это связано с двумя причинами: во-первых,- с ме-корректностьо сопоставления теоретических расчетов с экспери -ментальными данными; во-вторых,- с использованием в расчетах не-репреяентатиишх моделей источников термических приливов.
Цель работы: На осново теоретических и экспериментальных исследований построить глобальную полуэмаирическуя модель термических приливов в средней атмосфере для всех месяцев года, удовлетворительно согласующуюся с экспериментальными данными.
Основные задачи исследования:
-
Разработать алгоритмы, обеспечивающие корректное сопоставление модельных данных о приливах с результатами их измерения.
-
Для всех месяцев года рассчитать глобальные модели ис -точников термических приливов с использованием современных экспериментальных данных о распределении озона и водяного пара.
-
Построить численную модель термических приливов с применением известных гидродинамических моделей прилиьов и рассчитанных источников.
-
Для всех месяпег года построить глобальные полуэмпири-чеекка модели термических приливов с учетом разработанных алго-
ритмов сравнения и с использованием экспериментальных данных
о приливах. ———
-
Исследовать влияние аномальных флуктуации в глобальном распределении концентрапии озона на вариации параметров полусуточного прилива в нданей термосфере.
-
Разработать практические рекоменцаїши по развитию ра -диометеорного мониторинга параметров приливов.
Научная новизна работы заключается в следующей:
-
Впервые для всех месяцев года рассчитаны глобальные модели источников термических приливов, обусловленных поглощением солнечной радиации водяным паром в тропосфере и стратосфере и озоном в стратомезосфере. которое позволили построить для всех месянев года высотно-широтные модели полусуточного прилива, удовлетворительно совпадающие с экспериментальными данными.
-
Впервые установлена с помощыз вычислительных экспери -ментов связь между наблюдаемым в октябре аиомачьным уменьшением концентрации озона в высоких широтах Южного полушария и резким уменьшением в зтом месяце экспериментальных значений -млли-туд полусуточного прилива в умеренно-широтной нижней тєрмосфере Севзрного полушария.
-
Показано, что выделяемую по радиометеорнкм данным гармоническую есставляюан/ю скорости ветра с периодом 8 часов следует интерпретировать как 8-часовой термический прилив.
На защиту выносятся:
I. НаСденные расчетным путем сезонно-широтные вариапии средней высоты и среднего азимута регистрируемых метеорных радиоэхо и оценки связанных с этими вариациями искажений амплитуд и фаз приливов, возникающих при радиоыетеорных измерениях с помощью аппаратуры без угломерных устройств.
-
Разработанные для всех месяцев года требующиеся при построении моделей термических прилиьов глобальные модели их ясючников, обуоловлегошх поглощением солнечной радиации озоном и водяным паром.
-
Глобальные полуэмпирические модели полусуточного и 8-часового приливов, построенные для всех месяцев года с учетом разработанных моделей источников, и удовлетворительно согласующиеся с экспериментальными данными.
-
Установленная с помощью вычислительных экспериментов связь между наблюдаемым э октябре аномальным уменьшением кон -центрации озона в высоких широтах Юяного полушария и розкин уменьшением в этом месяце экспериментальных значений амплитуд полусуточного прилива в умеренно-широтной термосфере Северного полушария.
-
Практичезкие рекомендации (оптимизация алгоритмов обработки данных, требуемое количество пунктов наблюдений, оценки погрешностей интерполяции результатов' измерений на сети стан -ций)по развитию радиометеорного мониторинга параметров полусу -точного прилива.
' Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что разработанная полуэмпирическая модель полусуточ -ного прилива будет использоваться при построении климатических 'моделей общей циркуляции средней атмосферы. Кроме того, с помощью этой модели из экспериментальных данных о полусуточном приливе, получаемых для высот 70-110 км на сети радаров, можно извлекать важную информацию о вертикальном распределении кон -центрации озона. Рассчитанная модель радиационных источников может быть применена для оценок притоков тепла в стратоыезосферу. Рекомендации по развитию сети метеорных РЛС используются в
практике проводимых в Институте экспериментальной метеорологи" (ЙЭМ> научных исследований, связанных с созданием системы мониторинга приливов нижней термосферы. Предложенная методика выбора оптимального алгоритма первичной обработки результатов радио-метеорных измерений ветра использована в КЗМ пси разработке сетевой МРЛС. Разработашыо алгоритмы обработки среднечасовых значений скорости ветра с учётом снстс» 78042936).
Нпстпрдрі-оотг рег<ультатап, полученных в диссертационной v <л-те, определяется, во -первых, тем, что разработанная іюлузмлнр;і-ческая модель полусуточного прішти хоро.ао согласуется с экспс-ркмэнтальнкми да чиї ми, гюлученмкки рядом исследовятолэЯ в p&;j.4'i',-ных пунктах .темного шр\; во-вторых, разработкой спсциальн:-лс алгоритмов, сбеспе'-'-ч іюлих корректность сопоставления расечитян-1:17л. моделей г экспериментальными дагшыми; в-тротыгс, использованием для разработки полуэмпирическоЯ модели приливов хорошо ; гатк-'" :!"*.оск'-і обеспеченных экспериментальных рядов данных, полненных в ИЭМ.
Личный вклад. Автором получены расчетнда путем сеэонно-широтчые вапиации средней высоты, разработана сезонная но даль кгточ-никое термичке к'-тс приливов, построены пелуочлирические ио для и пол ,"".' -точного и В-чясопого прилуров.рязряветанн грітстіпеские рр-томенлаї!:')' по развитии радиометеорного мониторинга приливов,подготовлен;.: и ::;-,-
ведены вычислительные эксперименты, проведен анализ и сопоставление модельных расчетов с экспериментальными данными о приливш
Апробаттип работы. Основные результаты диссертационной ра -боты докладывались на Всесоюзных симпозиумах: "Взаимодействие метеорного вещества с Землей и метеорные методы исследования верхней атмосферы" (Одесса, 1972); "Взаимодействие космической пыли с атмосферой" (Ашхабад, 1974); "Геофизические аспекты переноса примесей в верхней атмосфере"(Обнинск, 1990); Второй Всесоюзной конференции молодых ученых Глдрометслужбы (Обнинск,1976); трех Всесоюзных совещаниях по'исследованию динамических процессов d верхней атмосфере (Обнинск, 1979, 1982, 1985); Втором Всесоюзном сдапозиумо по результатам исследования средней атмосферы (Москва, 1936); Первом международном симпозиуме по про -> грамме "Глобмет" (Душанбе, 1985), Международном симпозиуме ис -следования средней атмосферы (Душанбе, 1989); ХХУГ! Генеральной Ассамблее КОСПАР (Гаага, Нидерланды, 1990).
Публикации. По темо диссертации опубликовано 27 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
5 разделов, заключения и списка литературы. Содержит 273 стра -
нипн, в т.ч. 77 рисунков и 13 таблиц. Список литературы