Исследование мезомасштабных флуктуаций метеорологических полей, примесей и инфразвуковых сигналов

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы физики атмосферы, состоящей в выявлении механизма возникновения мезомасштабных флуктуаций (периоды от 1 мин до нескольких часов) метеорологических полей (атмосферного давления, скорости ветра, температуры, влажности) и концентраций газовых составляющих, определении статистических характеристик этих флуктуаций (спектров, структурных функций, когерентностей) и параметризации их влияния на динамику атмосферы, распространение звука, света и примесей в атмосфере. Актуальность решения поставленной в проекте проблемы обусловлена существующей в настоящее время необходимостью познания статистических закономерностей анизотропной мезомасштабной турбулентности (горизонтальные масштабы в 10-100 раз превышают вертикальные) с целью параметризации ее влияния на общую циркуляцию атмосферы в моделях прогноза погоды и изменения климата, в моделях распространения акустических и электромагнитных волн в атмосфере. В проекте будут получены новые знания об универсальных статистических характеристиках мезомасштабных флуктуаций метеополей, примесей и инфразвуковых полей (спектры, структурные функции, функции когерентности) в разных устойчиво-стратифицированных слоях атмосферы и для разных частей земного шара. Эти характеристики флуктуаций будут получены с помощью уникального измерительного комплекса, включающего в себя сети разнесенных микробарографов, допплеровских содаров, газоанализаторов, Мосэкомониторинга, инфразвуковых станций, и благодаря использованию данных самолетных и судовых измерений в разных частях мира, разработанной авторами проекта теории формирования мезомасштабных флуктуаций для интерпретации результатов измерений. Научная новизна проводимых в проекте исследований состоит в том, что впервые будет осуществлена параметризация влияния флуктуаций метеорологических полей с периодами от нескольких минут до суток одновременно на концентрации примесей и параметры инфразвуковых сигналов (интенсивности, времена пробега и азимуты распространения). Подобных исследований в мире ранее не проводилось. Впервые будет проведено исследование влияния временных изменений стратификации температуры (по данным температурного профилимера до высот 700-800 м) и скорости ветра (по данным содаров до высоты 300-400 м) в АПС на состав атмосферного воздуха. Будет получена количественная оценка вклада городских источников реактивных и парниковых газов в общую изменчивость состава воздуха в Москве и Московской области в периоды установления температурных инверсий и при прохождении метеофронтов. Результаты этих исследований необходимы для прогнозирования уровня загрязнения состава воздуха в АПС в зависимости от стратификации температуры и скорости ветра. Предполагается, что эти результаты найдут практическое применение при решении проблемы мониторинга и прогнозирования экологически опасных ситуаций в Московском регионе. Впервые будет дано объяснение универсальному закону спадания (близкому к -3) наклонных спектров флуктуаций скорости ветра в верхней тропосфере (высоты 5-13 км) с ростом волнового числа (полученных из данных самолетных измерений) и вертикальных спектров восстановленных флуктуаций скорости ветра в верхней стратосфере на высотах 30-55 км, полученных по данным инфразвукового зондирования атмосферы. На основе полученных экспериментальных данных измерительного комплекса в Московском регионе, самолетных измерений в Арктическом регионе России и над Гренландией, судовых измерений в Карском море и вблизи берегов Антарктиды будет впервые разработана модель влияния индуцированной волнами адвекции примесей на их пространственно-временную изменчивость и формирование горизонтальных, вертикальных и частотных спектров флуктуаций концентрации газовых примесей в устойчиво стратифицированной тропосфере (периоды от нескольких мин до суток).