Как волновые процессы в атмосфере влияют на турбулентность? Рассказывают сотрудники Радиоакустической Лаборатории (РАЛ).

😖 Атмосферный пограничный слой (АПС) – это нижняя часть атмосферы, находящаяся в непосредственном контакте с подстилающей поверхностью. В зависимости от времени суток и сезона его толщина варьируется от нескольких метров до нескольких километров. Понимание процессов, происходящих в АПС чрезвычайно важно, он играет важную роль, например, в формировании погоды, которую мы наблюдаем и ощущаем ежедневно.

🔘Одна из проблем, над которой до сих пор работает множество исследователей – описание вертикального турбулентного обмена в АПС при устойчивой термической стратификации, необходимое для разработки и улучшения параметризаций, включаемых в прогностические численные модели атмосферы. В частности, недостаточно понятыми остаются процессы взаимодействия между турбулентными потоками и более крупными субмезомасштабными волнообразными структурами, часто наблюдаемыми в АПС при устойчивой термической стратификации.

*Субмезомасштабные атмосферные явления, характеризуются линейными размерами, лежащими между микроскопическими турбулентными и более крупными мезомасштабными (такими как синоптические системы), т.е. их масштабы варьируются от нескольких метров до нескольких километров. Волнообразные субмезомасштабные движения регулярно регистрируются при устойчивой стратификации в виде периодических колебаний метеорологических величин (скорости и направления ветра, температуры, давления), а также на высотно-временных изображениях, получаемых при помощи радаров, лидаров и содаров. Эти волнообразные движения влияют на распределение энергии в атмосфере и, соответсвенно, могут оказать существенное влияние на локальные атмосферные условия, например, результатом такого влияния может стать усиление вертикального турбулентного перемешивания.

🌫В работе представлены количественные оценки степени влияния волновых и вихревых структур на характеристики турбулентности в устойчиво стратифицированном АПС.
*Под устойчивой стратификацией понимается состояние атмосферы, когда температура уменьшается с высотой медленнее, чем сухоадиабатический градиент, что препятствует развитию вертикальных движений воздуха. В таких условиях по действием отклоняющей силы или вследствие сдвиговой неустойчивости могут возникать периодические волнообразные движения, влияющие на турбулентность.

😠Для исследования использовались данные длительных измерений, проводимых на Звенигородской научной станции ИФА с помощью акустических локаторов (содаров) и ультразвуковых термометров-анемометров. *Содары позволяют не только регистрировать разнообразные структуры в АПС, но и классифицировать их по наблюдаемой вертикальной форме по их изображению на высотно-временных развёртках компонент ветра и эхо-сигнала.

🐻‍❄️ В результате был выполнен анализ изменений турбулентной кинетической энергии, а также потоков тепла и импульса, сопровождающих периодические движения.
* Турбулентная кинетическая энергия – это мера интенсивности турбулентных вихрей в жидкости или газе.

📊 Анализ нескольких десятков эпизодов волновой активности позволил установить взаимосвязь между усилением турбулентности и степенью устойчивости АПС, что имеет важное значение для точности прогноза атмосферных процессов. Повышение упомянутых величин может свидетельствовать об интенсификации турбулентности в АПС, что, в свою очередь, влияет на распределение температуры и давления в атмосфере, а также на характер атмосферных фронтов и интенсивность осадков.

👇 Подробнее читайте в статье.

Уважаемые коллеги!

🚩Напоминаем, что 23 января 2025 г. в 15.00 в конференц–зале ИФА состоится торжественное заседание Ученого совета Института, посвященное 90-летию академика РАН Георгия Сергеевича Голицына.

На заседании будет представлен доклад Георгия Сергеевича «Обзор научной деятельности».

🎉Коллектив Института поздравляет Юбиляра с праздником! Желаем крепкого здоровья и дальнейших успехов в научной деятельности! Георгий Сергеевич является ярким примером беззаветного служения России и российской науке, глубочайшего понимания природных процессов, широты кругозора, работоспособности, человеческой чуткости и доброты!

🥂Приглашаем сотрудников Института и гостей принять участие в заседании Совета!

Жгучая Санта-Ана или что раздувает пожары в Калифорнии 🔥

Комментирует Ирина Анатольевна Репина, д.ф.-м.н., зам. директора ИФА им. А.М. Обухова РАН.

🔈 В последние дни новостная лента заполнена тревожными сводками Калифорнии – огонь охватил пригороды одного из крупнейших городов США Лос-Анджелеса и не щадит ни особняки политиков и голливудских звёзд, ни скромные жилища добропорядочных налогоплательщиков, ни хижины бедняков. Но такое на юге Калифорнийского побережья случается далеко не впервые – пожары той или иной силы случаются практически каждый год. В 1956 году сгорел город Малибу, а в 1964-м и 1977-м — город Санта-Барбара. Катастрофические пожары отмечались в 2003, 2007, 2008, 2009, 2020 гг. За последние 20 лет число огненных катастроф увеличилось в 4 раза.

А виноват в этих пожарах сильный сухой ветер, который ежегодно в осенний период обрушивается на Южную Калифорнию и носит ласковое название Санта-Ана, то есть святая Анна. Относится от к классу катабатических ветров, названных так от греческого слова κατάβασις, означающего «схожу, спускаюсь». В названии уже заключена основная природа явления.

🌬 Катабатические ветры могут быть сильными и слабыми, нести похолодание или потепление, дуть в течение нескольких суток или всего лишь нескольких часов, но главное условие их возникновения одно — наличие склона. Эти ветра возникают на подветренных склонах при переваливании воздушными потоками горных препятствий. Санта-Ана – горячий сухой катабатический ветер, охватывающий побережье Южной Калифорнии от Сан Диего до Лос-Анжелеса. Приходит он обычно осенью или зимой и задувает на протяжении 3-4 недель, принося жару и засуху. Ветер имеет ярко выраженный суточный ход: днём его скорость усиливается до 30-40 км/час, а порывы – до 60-80 км/час; ночью ветер ослабевает до штиля или небольших скоростей. Влажность воздуха в эти дни падает до 20-40%. Трава и кустарники, уже подсохшие к концу лета, во время Санта-Аны загораются от одной искры. И любое загорание в считанные часы превращается в большой пожар.

🔘 Благоприятные для его возникновения условия складываются, когда в северной части Скалистых гор располагается антициклон, а к югу от него над Аризоной, находится область низкого атмосферного давления. Массы воздуха, двигающиеся из северной Невады и Юты нагреваются над пустыней Мохаве и отклоняются дальше на юго-запад, к побережью Тихого океана.
Ветер, разогнавшийся над просторами плато, попадает в узкие каньоны, ведущие к побережью Тихого океана, где сжимается и еще сильнее нагревается за счет адиабатического процесса. Самые сильные ветры отмечаются в долине реки Санта-Клара, в ущельях Кайон и Бэннинг. Также этот ветер известен как разносчик инфекционных болезней, в частности, калифорнийской лихорадки.

❔❔❔ Почему же этот страшный ветер назван именем святой? Есть две версии. Первая – имя святой Анны носит один из горных каньонов, где ветер разгоняется. Но наиболее вероятно, что изначально ветер логично назывался «сатана», потом из-за ошибки корреспондента став Санта-Аной. Северный брат Санты-Аны, несущий бедствия побережью в районе Сан-Франциско, называется Диабло, правда, не из-за жесткого характера ветра, а от долины и горы Диабло, со стороны которых ветер обычно дует. Нынешний случай интересен тем, что обычное время возникновения Санта-Аны все-таки октябрь. В январе такое явление бывает крайне редко.

📌Далее читайте по ссылке

#ФАО

📰 Доступен очередной номер журнала Физика атмосферы и океана (русская версия) - том 60 Nº4 (2024 г.).

В номере:

👊Распространение без отражения внутренних волн в обменном течении мелкой двухслойной среды в канале переменного сечения (Чурилов С.М.)
👊Влияние внутренних гравитационных волн в атмосферном пограничном слое на измерения характеристик турбулентности пульсационным методом (Зайцева Д.В., Каллистратова М.А., Люлюкин В.С., Кузнецов Р.Д., Кузнецов Д.Д.)
👊Диагностика шквалов при прохождении через высотную метеорологическую мачту в г. Обнинск в 2014–2023 гг.
(Вазаева Н.В., Кулижникова Л.К., Мацкевич М.К.)
👊Вертикальная структура течений в западной части моря Уэдделла (Мухаметьянов Р.З.)
👊Моделирование антропогенного потока тепла в течение отопительного периода в крупных городах России (Фролькис В.А., Евсиков И.А., Гинзбург А.С.)
👊Сопоставление долговременных трендов и межгодовых вариаций содержания NO₂ в атмосфере по данным спутниковых (прибор OMI) и наземных спектрометрических измерений на станциях сети NDACC (Груздев А.Н., Елохов А.С.)
👊Метод оценки наибольшего удельного потока метана с поверхности водохранилищ (Гречушникова М.Г., Репина И.А., Казанцев В.С., Ломов В.А.)
👊Эмиссия метана и гидрологическая структура Зейского водохранилища в теплый период (Терский П.Н., Горин С.Л., Репина И.А., Агафонова С.А., Зимин М.В., Шестеркин В.П., Щекотихин Ф.А.)
👊Плотностные эффекты, обусловленные неоднородностью распределения минерализации воды различного генезиса в равнинных водохранилищах (Лепихин А.П., Любимова Т.П., Богомолов А.В., Ляхин Ю.С., Паршакова Я.Н.)
👊Изменчивость содержания и потоков метана в рыбинском водохранилище по результатам натурных наблюдений в разные сезоны года (Ломов В.А., Фролова Н.Л., Ефимов В.А., Репина И.А., Ли Ч., Янг Л.)

«Климат-контроль: от мониторинга изменений к мерам адаптации». 🌎

С таким названием вышел материал на портале наука.рф, комментарии для которого дал директор Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН академик В.А. Семенов.

Глобальные изменения климата, последствия этих изменений и адаптация к ним — сейчас одна из самых волнующих мировое сообщество тем. Для понимания этой темы и поиска эффективного ответа ученые используют различные методы — от мониторинга текущего состояния климатической системы до прогнозов и рекомендаций, основанных на климатических моделях.

Среди масштабных направлений экспериментальных исследований, проводимых в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, можно назвать измерение состава и динамики атмосферы, потоков тепла, массы, газовых примесей и аэрозолей, исследование различных атмосферных явлений. Ежегодно исследователи участвуют в экспедициях, чтобы установить, сколько парниковых газов поглощается или выделяется из различных экосистем, какие загрязнения переносятся в атмосфере, и откуда они появляются. Измерения проводят как в самом московском Институте физики атмосферы им. А. М. Обухова, так и на стационарах института в Кисловодске, Звенигороде и Цимлянске – пояснил Семёнов.

Экспедиции в регионы Поволжья имеют значение для сельского хозяйства, там идут такие процессы, как опустынивание и вынос пыли, иногда доходящей до Москвы. С 1956 года институт занимается измерением температуры в верхней атмосфере, на высоте 90 км. На границе между мезосферой и термосферой, мезопаузе, атмосфера «светится». Это явление регистрируют с земли и определяют по нему температуру в этой области.

Академик Семёнов также прокомментировал возможность «ослабления» Гольфстрима, интерес к которому возобновился в результате публикации 44-я учёными-климатологами открытого письма, из которого следовало, что планете угрожает ослабление циркуляции течения в Атлантическом океане.

Гольфстрим – это течение вдоль восточного побережья Северной Америки, которое переносит тепло с юга на север и является одним из ключевых факторов климатоообразования в Европейском регионе. Если на севере Атлантического океана вода станет менее плотной из-за распреснения или нагрева, это замедлит Гольфстрим и уменьшит перенос тепла. В последствии на территории Западной и Северо-Западной Европы зафиксировали бы похолодание, а на северо-западе России зимы были бы холоднее на 2-5 градусов, летом температура опустилась бы на 1-2 градуса. Но резкой остановки этого круговорота не предвидится ни в ближайшие десятилетия, ни в течение XXI века», — рассказал Владимир Семёнов.

Подробнее читайте в сайте.

#ифа_статьи

📄 Недавно в журнале «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» была опубликована статья сотрудников Лаборатории атмосферной спектроскопии (ЛАС) и Лаборатории газовых примесей (ЛГПА) Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН «Оценка дрейфа качества орбитальных наблюдений и применение методов коррекции к долговременным рядам на примере измерений общего содержания метана с помощью спутникового прибора AIRS».

🛰 Работа посвящена валидации спутникового продукта Standard L3 v6 IR AIRS Only Daily по двенадцати наземным станциям мониторинговой сети Network for the Detection ofAtmospheric Composition Change (NDACC) - данные об общем содержании метана за период с 2003 г. по 2022 г. Целью работы являлась разработка методики коррекции орбитальных данных, имеющей универсальную применимость, улучшающей характеристики соответствия орбитальных данных наземным и увеличивающей точность оценок трендов состава и параметров атмосферы.

✅ Установлены значимые долговременные изменения параметров соответствия орбитальных данных ОС CH4AIRS v6 наземным наблюдениям станций NDACC.  
✅ Тренд «невязки» (разности измерений орбитального спектрометра и наземных измерений) для всех доступных парных значений отрицателен на всех исследуемых пунктах и определен как долговременной дрейф параметров спутникового прибора.
✅ Средний коэффициент наклона линии тренда невязки для ОС СН4 в натуральном выражении определен как 17,2E+13 молек/см2 в сутки.
✅ Разработана и успешно применена методика динамической коррекции рядов ОС СН4 орбитальных измерений с поправкой на универсальный коэффициент (суточный дрейф «невязки»).
✅ После проведённой коррекции получено значимое улучшение параметров корреляции между скорректированными орбитальными и наземными данными(коэффициент корреляции увеличился с R~0.36-0.84 до 0.49-0.90, в зависимости от пункта).
✅Оценки трендов ОС CH4 для каждого пункта, полученные с использованием скорректированных орбитальных рядов существенно сблизились с оценками на основе наземных измерений и практически совпали в среднем: по всем станциям тренд по скорректированным данным AIRS оказался равен 0,45±0,03 %/год; тренд по наземным данным GR 0,43±0,02%/год; против исходной оценки AIRS 0,29±0,03 %/год (по нескорректированным рядам).

👇Подробнее читайте в статье.

📌Пример проведенного анализа дрейфа орбитального прибора представлен на Рис. 1 (станция NDACC Kiruna). До коррекции тренд ОС СН4 составлял по оценке спутника AIRS 0,27±0,02 %/год против оценки наземным прибором 0,39±0,02 %/год.