Данные о давлении на поверхности Земли помогут смоделировать опасные метеорологические бури и иные волновые процессы атмосферы
A. Волновые возмущения температуры, создаваемые тропосферным низкочастотным переменным источником тепла с периодом Т = 1800 с при t = 0,5 ч (вверху), t = 1 ч (в середине), t = 2 ч (внизу). B. Волновые возмущения температуры, генерируемые модифицированными низкочастотными вариациями приземного давления при t = 0,5 ч (вверху), t = 1 ч (в середине), t = 2 ч (внизу). Источник: Сергей Кшевецкий
Российские исследователи продемонстрировали, что по регистрируемым приборами колебаниям атмосферного давления у поверхности Земли можно вычислить волновые процессы в атмосфере, например метеорологические бури. Это позволит использовать наземные данные для моделирования волн и от других метеорологических явлений, а, следовательно, улучшит понимание и прогнозирование происходящего в атмосфере. Результаты исследования опубликованы в журнале Advances in Space Research.
Энергетическим источником большинства метеорологических явлений являются конденсация (выпадение в жидком виде) пара или испарение воды в тропосфере — нижнем, наиболее близком к поверхности Земли слое атмосферы. Например, правилу подчиняются метеорологические бури и тропические циклоны, которые могут сопровождаться опасными сильными грозами, штормовыми ветрами, ливнями.
Метеорологические явления генерируют распространяющиеся в атмосфере инфразвуковые волны, которые обладают такой низкой частотой, что человеческое ухо не слышит, а также еще более низкочастотные внутренние гравитационные волны. Казалось бы, их можно отслеживать и использовать в составлении прогнозов и в компьютерном моделировании, однако сложность заключается в нехватке экспериментальных данных с тропосферных высот. Вместе с тем эти же процессы вызывают у поверхности Земли колебания атмосферного давления, которые успешно регистрируются приборами.
Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) с коллегами выяснили, как по колебаниям давления на поверхности земли вычислить распространяющиеся в атмосфере инфразвуковые и внутренние гравитационные волны. Авторы по отдельности рассмотрели волны от локального тропосферного источника и от волновых колебаний давления на поверхности Земли, создаваемых этим источником. Сравнив их, ученые предложили, как при моделировании обычно неизвестный тропосферный источник волн можно заменить регистрируемыми на поверхности Земли колебаниями давления. Так, по последним строится специальный модифицированный поверхностный источник, учитывающий, что от тропосферного источника распространяется две волны: одна направлена непосредственно вверх, другая — к поверхности Земли, но отражается, и опять идет вверх. Таким образом, волновая картина в атмосфере определяется взаимным сочетанием двух этих волн.
«Теперь, используя в расчетах экспериментально регистрируемые изменения давления, можно с большой точностью предсказать волновые колебания в атмосфере от метеорологических бурь, а, следовательно, и спрогнозировать их влияние на атмосферу», — рассказывает Сергей Кшевецкий, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник кафедры физики Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград).
В исследовании также приняли участие ученые из Западного отделения Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Пушкова Российской академии наук (РАН) (Калининград), Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН (Москва) и Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург).