Диагностика и моделирование крупномасштабных волновых возмущений и нелинейных взаимодействий в средней атмосфере и ионосфере Земли

Предметом исследования проекта являются волновые возмущения в средней и верхней атмосфере и их взаимодействие с ионосферной плазмой. Целью проекта является выявление ионосферных эффектов планетарных волн (ПВ) и приливных колебаний (ПК), распространяющихся вверх из нижней атмосферы. Задачами проекта являются: (а) анализ метерологических полей в стратосфере и карт возмущений полного электронного содержания (ПЭС) для выявления связи ионосферных осцилляций типа планетарных волн (ОТПВ) с крупномасштабными волновыми возмущениями в средней атмосфере; (б) сопоставление внутрисезонной и межгодовой изменчивости характеристик ПВ и ПК в средней атмосфере с изменчивостью ОТПВ в ионосфере; (в) оценка ионосферного индекса солнечной активности (ИИСА) для использования при разработке методов корректировки справочных эмпирических моделей ионосферы; (г) численное моделирование нелинейного взаимодействия ПВ и ПК и оценка их воздействия на общую циркуляцию, температурный режим и состав атмосферы вплоть до ионосферных высот. Актуальность направления исследований проекта определяется необходимостью выяснения относительного вклада динамических, фотохимических и электродинамических процессов в формирование наблюдаемых крупномасштабных возмущений ионосферных параметров, учет которых необходим для повышения точности и надежности работы систем радиосвязи, радиолокации и спутниковой радионавигации. Учет крупномасштабных волновых возмущений ветрового режима на высотах мезосферы и нижней термосферы (МНТ) необходим для планирования запусков космических аппаратов (КА), в частности, для выбора и обоснования трасс запуска КА, эксплуатации районов падения отделяющихся частей ракет-носителей. Разработка моделей общей циркуляции для высот МНТ, включающих ПВ и ПК, является важной как с теоретической точки зрения для понимания процессов генерации, распространения и нелинейного взаимодействия атмосферных волн, так и для практических приложений. Методом достижения цели проекта и решения поставленных задач является анализ наблюдений и результатов ретроспективного анализа, численное моделирование динамических и фотохимических процессов в средней и верхней атмосфере. Изменчивость характеристик ПВ и ПК будет анализироваться на основе использования данных, ассимилированных в модели UK Met Office и новых данных ретроспективного анализа MERRA (NASA’s Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications). Характеристики ОТПВ в ионосфере будут получены на основе анализа глобальных карт возмущений ПЭС. Моделирование нелинейного взаимодействия волновых возмущений и их воздействия на динамические характеристики атмосферы будет выполняться с использованием модели средней и верхней атмосферы (МСВА), а воздействие волновых возмущений на состав средней атмосферы – с помощью химико-климатической модели (ХКМ). Анализ данных и результаты численного моделирования будут сопровождаться мониторингом ветрового режима на высотах МНТ с помощью метеорной радиолокационной станции (МРЛС), которую планируется установить в окрестностях Санкт-Петербурга. Установка МРЛС позволит организовать наблюдения ветра в области МНТ на широтах, не охваченных мировой сетью радаров. Научная новизна проекта определяется: получением из анализа данных спутниковых экспериментов, наземных наблюдений и ретроспективного анализа новых значений характеристик крупномасштабных волновых возмущений в ионосфере и средней атмосфере; новым сопоставлением характеристик крупномасштабных волн и их изменчивости в средней атмосфере и ионосфере; новыми результатами моделирования нелинейного взаимодействия ПВ и ПК и их воздействия на температурный и динамический режимы верхней атмосферы, а также на газовый состав; новыми методами корректировки справочных эмпирических моделей ионосферы с использованием ИИСА; мониторингом ветрового режима области МНТ с помощью установленной МРЛС на широтах, не охваченных мировой сетью радаров.