Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 61, № 5 (2025)
Статьи
НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ТЕЧЕНИЯ КОЛМОГОРОВА В МОДЕЛИ С УЧЕТОМ ЭКМАНОВСКОГО ТРЕНИЯ И БЕТА-ЭФФЕКТА
Аннотация
В работе исследована устойчивость пространственно-периодического течения в модели с учетом придонного трения и бета-эффекта. В рамках линейного приближения получен критерий устойчивости течения в квазигеострофической модели с придонным трением. Для описания нелинейной устойчивости использован метод Галеркина с тремя базисными фурье-гармониками. Показано, что экспоненциальный рост линейных возмущений на нелинейной стадии развития сменяется режимом установления стационарных периодических возмущений. Развита линейная модель устойчивости периодического течения с совместным учетом придонного трения и бета-эффекта. Показано, что учет бета-эффекта приводит к развитию колебательной неустойчивости.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):555-564
555-564
АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СДВИГОВОГО ТЕЧЕНИЯ НАД ТЕРМИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
Аннотация
Как хорошо известно, один из важнейших факторов развития опасных конвективных явлений в атмосфере – вертикальный сдвиг скорости фонового ветра. Поэтому весьма актуальны задачи теоретического описания взаимодействия конвекции, термических циркуляций со сдвиговым течением. Рассмотрена линейная стационарная задача о взаимодействии между горизонтальным течением с вертикальным сдвигом и термическими циркуляциями (плотностными течениями), существующими над термически неоднородной горизонтальной поверхностью. Предполагается, что в отсутствие термических неоднородностей существует фоновое течение с постоянным вертикальным сдвигом скорости (течение Куэтта) в устойчиво стратифицированной среде. Исследуются стационарные возмущения, вызываемые термическими неоднородностями подстилающей поверхности, вытянутыми вдоль фонового течения. Таким образом, рассматривается линейная стационарная двумерная задача в приближении Буссинеска. Корнолисовы ускорения не учитываются, поскольку предполагаются относительно небольшие горизонтальные масштабы неоднородностей. Рассмотрение ограничивается одной горизонтальной гармоникой возмущений. Существенный безразмерный определяющий параметр – аналог числа Pэлея R, в котором в качестве пространственного масштаба фигурирует горизонтальный масштаб рассматриваемой гармоники. Найдено приближенное аналитическое решение. Существенный новый результат заключается в следующем: хотя термические циркуляции относительно неглубоко проникают в устойчиво стратифицированную среду, они могут вызывать стационарные возмущения фонового потока, которые гораздо глубже проникают в среду.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):565-569
565-569
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ОТКЛИКА НА ВУЛКАНИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ПИНАТУБО В МОДЕЛИ ЗЕМНОЙ СИСТЕМЫ INMCM6
Аннотация
Приведены результаты экспериментов по настройке аэрозольного блока модели INMCM6 для корректного воспроизведения температурного отклика на вулканические выбросы сульфатного аэрозоля. Расчеты проводились с помощью модели Земной системы INMCM6 на период с 1979 по 1995 г., в течение которого произошли два взрывных извержения вулканов: Эль-Чичон в 1982 г. и Пинатубо в 1991 г. Временные ряды объемной концентрации и эффективного радиуса сульфатного стратосферного аэрозоля задавались согласно базе данных SADS v.3. На основе этих данных вычислялись оптические свойства сульфатных стратосферных аэрозолей (CCA), которые затем осреднялись для интервалов длин волн, используемых в радиационном блоке климатической модели INMCM6. В серии модельных ансамблевых экспериментов варьировались оптические свойства свойства CCA с целью наиболее реалистичного воспроизведения температурного отклика климатической системы на вулканическое воздействие – похолодания вблизи поверхности и нагрева воздуха в стратосфере. Если не учитывать поглощение длинноволновой радиации CCA, то в результате настройки коротковолновых оптических параметров CCA удалось с хорошей точностью (при сравнении с данными реанализа ERA5) воспроизвести временной ход глобальной оптической толщины CCA, амплитуды потепления нижней стратосферы и похолодания нижней тропосферы. Выявлено, что в модели INMCM наибольшее влияние на величину стратосферного потепления оказывает поглощение CCA коротковолновой радиации на длинах волн 1–2 мкм.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):570–578
570–578
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРИЗАЦИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ НА РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ МОДЕЛЬЮ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ
Аннотация
Модели приземного слоя атмосферы описывают процессы обмена импульсом, теплом и влагой между атмосферой и подстилающей поверхностью. В рамках теории подобия Монина–Обухова высота термической шероховатости определяет эффективность переноса тепла в приземном слое. В данной работе рассмотрены различные способы определения данной характеристики на основе существующих параметризаций, реализованных в новой версии блока приземного слоя климатической модели ИВМ РАН. Рассмотрено три типа поверхности: суша, снег (лед) и водная поверхность. Для каждого типа поверхности на основе данных наблюдений рассчитано значение термической шероховатости. Была оценена чувствительность модельного воспроизведения потока тепла к выбору параметризации термической шероховатости. Полученные существенные различия как в параметре шероховатости (по данным наблюдений), так и в получаемых в модели оценках потока тепла свидетельствуют о важности учета типа подстилающей поверхности при выборе параметризаций турбулентного обмена в поверхностном слое.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):579-591
579-591
ДИНАМИКА ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ВИХРЯ И СПИРАЛЬНОСТИ В УСЛОВИЯХ КОНВЕКТИВНОГО ШТОРМА
Аннотация
На примере катастрофического конвективного шторма, произошедшего в Москве и области 20 июня 2024 г., проведено исследование эволюции потенциального вихря и спиральности по информации сначала глобальной гидродинамической модели, а затем негидростатической мезомасштабной модели. Сравнение модельных данных с информацией метеорологических радиолокаторов показало, что аномалия потенциального вихря синоптического масштаба может служить индикатором существования конвекции. Однако для уточнения времени и места возникновения и развития активной конвекции необходимо исследование на основе информации мезомасштабной негидростатической модели. В условиях конвекции поле мезомасштабного потенциального вихря в тропосфере в бароклинной зоне представляет из себя горизонтально ориентированные диполи положительных и отрицательных аномалий. Интегральная спиральность (0–3 км) в зоне активных фронтов также имеет дипольную структуру, причем сравнение с объективным фронтальным анализом показало, что отрицательная спиральность присутствует в зоне холодных фронтов, положительная – в зоне теплых. В зоне активной конвекции вблизи конвективного восходящего потока структура спиральности, рассчитанной по вертикальной составляющей завихренности, представляет из себя вихревые диполи – циклонически и антициклонически направленные вихри, причем в этой зоне такие же диполи образуются в структуре мезомасштабного потенциального вихря. Учитывая возникновение положительной обратной связи между мезомасштабным потенциальным вихрем и спиральностью в бароклинной зоне, предлагается использовать произведение градиента интегральной спиральности в слое от 0 до 3 км и градиента мезомасштабного потенциального вихря в средней тропосфере для определения зон возникновения опасных конвективных явлений – гроз, шквалов, сильных осадков.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):592-602
592-602
РЕЖИМЫ И ПЕРЕХОДЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОТОКОВ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ (ЧИСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ)
Аннотация
В численных экспериментах изучается возможность существования различающихся режимов баротропной циркуляции во вращающихся замкнутых кольцевых каналах, когда внешнее воздействие на некоторое время увеличивается, а затем возвращается к прежнему значению при неизменных прочих параметрах течения. Режимы отличаются как числом вихрей в потоке или их расположением, так и скоростью переноса по каналу. Возможен также возврат к режиму, практически не отличающемся от исходного после восстановления значений параметров, определяющих течение.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):603-618
603-618
ЧАСТОТНЫЕ СПЕКТРЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗМЕРЕНИЙ У ОСТРОВА САХАЛИН
Аннотация
Проанализированы спектральные характеристики данных длительных измерений поверхностных морских волн у берега острова Сахалин донными станциями. Формы частотных спектров диапазона ветровых волн демонстрируют большое разнообразие и изменчивость. Определена частота повторяемости волновых условий в терминах параметров ширины частотного спектра и нелинейности волн с учетом изменения безразмерного параметра глубины в точке измерения. Показано существенное уменьшение вероятности возникновения высоких волн с ростом ширины спектра, а также с увеличением отношения характерной амплитуды волн к глубине или с ростом параметра Уреслла. Наиболее четко результат проявляется при оценке ширины спектра через параметр Годы.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):619-632
619-632
ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ СРЕДНЕЙ АТМОСФЕРЫ ВО ВРЕМЯ РАЗВИТИЯ МИНОРНОГО ВНЕЗАПНОГО СТРАТОСФЕРНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ ЗИМОЙ 2014–2015 гг.: ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ
Аннотация
С использованием данных реанализов проведено исследование динамического режима средней атмосферы зимой 2014–2015 гг. Изменчивость атмосферы в целом в эту зиму была обусловлена развитием внезапного стратосферного потепления (ВСП). Несмотря на то, что это ВСП классифицировано как минорное, оно оказало значительное влияние на температурный режим, циркуляцию и химический состав средней атмосферы. Основное внимание в работе уделяется изучению вариаций волновой активности стационарных планетарных волн (СПВ) и процессов, вызванных волновой активностью до, во время и после ВСП, а также чувствительности верхнетропосферных струйных течений (СТ) к стратосферным и мезосферным процессам. Для исследования волновой активности и волновых процессов используется метод анализа возмущенной потенциальной энстрофии. Показано, что вариации волновой активности до развития ВСП обусловлены межволновыми взаимодействиями, а во время и после обменными процессами СПВ2 (зональное волновое число 2) со средним потоком. Развитие минорного ВСП в январе 2015 г. имело схожие характеристики с развитием мажорных ВСП, что, вероятнее всего, привело к наблюдаемым различиям в распределении повторяемости СТ в течение месяца до и после ВСП. Наибольшая повторяемость СТ после ВСП отмечалась в более южных широтах, по сравнению с периодом до регистрируемого ВСП, на большей части региона Северной Атлантики. Показано, что наибольшие изменения повторяемости СТ связаны со смещением высотной фронтальной зоны в направлении экватора, что, в свою очередь, вызвано углублением высотных ложбин при вторжении холодного стратосферного воздуха в верхние слои тропосферы.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):633-650
633-650
РАЗЛИЧИЕ В ПРОГНОСТИЧЕСКОМ ПОТЕНЦИАЛЕ ТРОПОСФЕРНЫХ ПРЕДИКТОРОВ ВНЕЗАПНЫХ СТРАТОСФЕРНЫХ ПОТЕПЛЕНИЙ В РАЗЛИЧНЫЕ ФАЗЫ ЭНЮК ПО ДАННЫМ ИДЕАЛИЗИРОВАННЫХ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Аннотация
Динамика стратосферы и ее изменчивость играют одну из ключевых ролей в задачах прогноза погоды на субсезонном масштабе в зимний период в Северном полушарии. Наиболее ярко стратосферное влияние на тропосферную динамику проявляется во время внезапных стратосферных потеплений (ВСП), когда во многих случаях можно проследить распространение динамических возмущений из стратосферы в нижележащую тропосферу, вплоть до поверхности Земли. Поэтому более полное понимание формирования событий ВСП поможет уточнить прогноз аномалий синоптической активности с заблаговременностью от 10 до 30 сут. В работе на данных идеализированного численного моделирования проведен анализ различий в характеристиках стратосферного полярного вихря (СПВ), таких как интенсивность и частота повторяемости ВСП, при различных фазах Эль-Нинью – Южного колебания (ЭНЮК). Результаты исследования позволили объяснить механизмы формирования данных различий и показать, что предсказуемость ВСП в условиях Эль-Нинью выше, чем в условиях Ла-Нинья.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):651-660
651-660
ОЦЕНКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОЗАПАСА ОБЛАКОВ НАД СУШЕЙ И ВОДНЫМИ ОБЪЕКТАМИ В РАЙОНЕ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ И СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОГО ПРИБОРА SEVIRI
Аннотация
Проанализированы результаты дистанционных измерений водозапаса облаков спутниковым прибором SEVIRI в районе Балтийского моря и северо-запада России в период с 2011 по 2017 г. Для подробного исследования выбраны характерные географические точки на суше и в акваториях крупных водных объектов. На основе специальных критериев осуществлялся отбор данных измерений водозапаса в несколько отдельных массивов, что позволило изучить как так называемые «внутренне присущие» свойства облачности, так и свойства облачной/безоблачной атмосферы в целом. Основные выводы работы получены для облачности без осадков с водозапасом, не превышающим пороговое значение 0.4 кг · м−2. Дождевые облака классифицировались как имеющие водозапас более 0.4 кг · м−2 и рассматривались отдельно. Проанализированы статистические распределения водозапаса облаков, а также его межгодовая и сезонная изменчивость. Анализ сезонного хода ограничен периодом с февраля по октябрь ввиду отсутствия измерений SEVIRI осенью/зимой при больших зенитных углах Солнца. Для всех рассмотренных массивов данных в табличной форме представлены полученные основные статистические характеристики, которые могут быть использованы при решении задач моделирования облачности, прогноза погоды и климатических изменений, а также при создании статистических моделей облачной атмосферы, применяемых для обучения регрессионных и нейросетевых алгоритмов определения водозапаса облаков по дистанционным измерениям.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):661-682
661-682
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ. ЧАСТЬ 1. ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ НА ТРАНСФОРМАЦИЮ АКУСТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ
Аннотация
Представляется обзор результатов экспериментальных и теоретических исследований распространения в пограничном слое атмосферы акустических волн, создаваемых импульсными точечными источниками различной природы. Рассмотрено влияние молекулярно-кинетических механизмов дисперсии звука, теплопроводности и вязкости, атмосферной турбулентности и температурной инверсии, атмосферных аэрозолей и ветра в приземном слое атмосферы на расширение фронтовой области и изменение формы распространяющихся в нем акустических сигналов. Показана необходимость поиска механизма, обуславливающего расширение фронтовой области волны по закону энергетического подобия.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(5):683-698
683-698