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.

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

© Российская академия наук, 2024