КОПИЯ - Исследование влияния нелинейных эффектов на формирование анизотропных флуктуаций в атмосфере с применением инфразвукового зондирования(заключительный).

Цели: разработка модели формирования анизотропных флюктуаций скорости ветра и температуры в устойчиво-стратифицированной атмосфере и параметризация статистических характеристик этих флюктуаций. Такая параметризация необходима для изучения влияния анизотропных флюктуаций на распространение и рассеяние акустических и электромагнитных волн в атмосфере, на перенос малых газовых примесей и аэрозоля и на крупномасштабную циркуляцию атмосферы. Восстановлены вертикальные профили флюктуаций скорости ветра в стратосфере (высоты 30 - 50 км), мезосфере и нижней термосфере (90 - 130 км) и их статистические характеристики (вертикальные спектры, характерные масштабы, когерентности) с помощью зондирования атмосферы инфразвуком от вулканов и наземных взрывов в разных частях земного шара: Камчатка (вулканы Безымяный, Карымский, Жупановский) Удмуртия (наземный взрыв), Эквадор (вулкан Тунгурахуа), Италия (вулкан Этна). Этот результат получен для указанных выше слоев атмосферы, малоизученных до настоящего времени методами радарного, ракетного и спутникового зондирования. В этих слоях были обнаружены экстремально-большие сдвиги скорости ветра, достигающие значений 0,1 с⁻¹. Изучены закономерности изменения параметров внутренних гравитационных волн (ВГВ) и инфразвуковых волн, генерируемых метеорологическими фронтами в периоды времени до, во время и после их прохождения через сеть наблюдения. Анализ данных сети микробарографов в Москве совместно с данными инфразвуковых измерений в г. Дубне позволил впервые пронаблюдать волновые предвестники атмосферного шторма от 29 мая 2017 г. одновременно в диапазоне внутренних гравитационных и инфразвуковых волн. Для волн, наблюдаемых перед приходом шторма, во время и после его прохождения через сеть наблюдения, был обнаружен скачок фазовой скорости волн с ростом частоты, вызванный переходом от гравитационной к акустической дисперсионной ветви акустико-гравитационных волн. Кроме этого, наблюдалась модуляция фазовой скорости инфразвуковых волн, вызванная ВГВ. Изученные закономерности в изменениях характеристик волн за много часов до прихода атмосферных штормов указывают на возможность заблаговременного обнаружения и мониторинга штормовых явлений. Развита теория формирования анизотропных флюктуаций скорости ветра и температуры в устойчиво-стратифицированной атмосфере. Учет влияния адвективной и динамической нелинейностей уравнений гидродинамики на формирование спектров флюктуаций позволил параметризовать как трехмерный пространственный спектр, так и одномерные спектры, включая временные спектры. Дана интерпретация полученных экспериментальных данных с помощью развитой теории. Найден диапазон вертикальных масштабов, в котором анизотропные неоднородности подобны, т.е. их анизотропия (отношение горизонтальных масштабов к вертикальным) не меняется при изменении масштаба. В этом диапазоне вертикальный и горизонтальный спектры флюктуаций горизонтальной скорости и температуры спадают по закону -3 с ростом, соответственно, вертикальных и горизонтальных волновых чисел. Для стратосферы этот диапазон вертикальных масштабов простирается от нескольких км до примерно 100 м. Найден наименьший масштаб (для стратосферы порядка 10 м), обусловленный обрушением волнового поля в тонких слоях атмосферы из-за конвективной или сдвиговой неустойчивости. Возникающие при этом тонкие слои турбулентности перемежаются по высоте с устойчиво-стратифицированными слоями более крупных вертикальных масштабов.