Том 60, № 5 (2024)

Работа посвящена исследованию характеристик внутренних волн в Карском море и их влиянию на турбулентные потоки импульса и тепла в приводном слое атмосферы. Проведены расчеты направления и горизонтальной скорости распространения короткопериодных внутренних волн в проливе Карские Ворота. Проанализированы кросс-спектры мезомасштабных флуктуаций температуры воды на поверхности моря, на глубинах 10 и 20 м, и метеопараметров (скорости ветра, атмосферного давления, температуры) на высоте 22 м. Выявлены общие спектральные максимумы на периодах, характерных как для захваченных внутренних гравитационных волн, распространяющихся в слое термоклина, так и для атмосферных гравитационных волн в устойчиво-стратифицированном слое нижней тропосферы. Предложен механизм влияния наблюдаемых внутренних гравитационных волн в слое термоклина на мезомасштабные флуктуации метеопараметров с периодами от нескольких минут до нескольких часов, и турбулентные потоки импульса, явного и скрытого тепла в приводном слое атмосферы.

В работе представлены результаты измерений оптических характеристик аэрозоля с помощью солнечного фотометра и нефелометра c 2016 по 2021 гг., выполненных на станции атмосферного мониторинга в Петергофе (59.88°с.ш., 29.83°в.д.). Измерения были сопоставлены с данными реанализа MERRA-2. Показано, что в регионе наблюдается межсезонная изменчивость показателя Ангстрема, характеризуемая низкими значениями в холодное время года и высокими – в теплое. Аналогичный, но менее выраженный годовой ход имеет доля обратного рассеяния излучения. Среднее значение коэффициента замутнения за рассматриваемый период меньше 0.10, что позволяет определить станцию наблюдений как фоновую. С использованием модели HYSPLIT определено происхождение воздушных масс, формирующих состояние атмосферного воздуха на наблюдательной станции, в случаях реализации предельных значений измеренных коэффициентов рассеяния и параметра Ангстрема. Воздушные массы, приходящие с северо-западного направления, соответствуют чистому и влажному воздуху с морской акватории и проявляются в минимальных значениях измеренных параметров. Максимальные значения коэффициента рассеяния ассоциируются с мелкодисперсным аэрозолем, поступающим в атмосферу как от региональных источников эмиссий (городские загрязнения с территории Санкт-Петербурга), так и в результате трансграничного переноса с юго-западных направлений.

В настоящее время особое внимание уделяется оценке качества воздуха промышленных городов в регионах, чувствительных к экологическим и климатическим изменениям. Исследования аэрозольной нагрузки атмосферы проведены в г. Новый Уренгой — промышленном центре Севера Западной Сибири — в летне-осенний сезон 2023 года. На базе мобильного Аэрозольного комплекса в реальном времени измерены счетная концентрация частиц, массовые концентрации частиц размером менее 10 мкм (РМ₁₀) и 2.5 мкм (РМ_2.5), и черного углерода (ВС) — наиболее экологически значимой компоненты загрязненной атмосферы. Вклад эмиссий горения ископаемых топлив FF% и биомасс ВВ% оценен на основе аэталометрической модели. Кластерный анализ распределения ВС зависимости от скорости и направления указал местоположение сектора источников высоких концентраций. Уровень ВС увеличивался в четырёх эпизодах загрязнения в среднем в 2 раза в сравнении с уровнем городских эмиссий. Концентрация eВС в эпизоде максимального загрязнения возрастала до 4 раз, а процент сжигания ископаемых топлив FF% достигал 96%. По распределению FF% выявлено направление влияния эмиссий крупнейшего промышленного источника ТЭК УНГКМ, по ВВ% зарегистрирован эпизод влияния дымовых эмиссий природных пожаров на юге Сибири.

Рассмотрена реакция верхнего слоя Черного моря, и, в частности, холодного промежуточного слоя (ХПС), на интенсивное ветровое воздействие во время зимних вторжений холодного воздуха (ВХВ). С использованием данных атмосферного реанализа ERA5 и морского реанализа Copernicus получены совместные распределения скорости приводного ветра и изменения температуры воды на разных глубинах для периода 2000–2020 гг. Показано, что временной масштаб реакции моря на такие экстремальные явления составляет около 2 суток и влияние ВХВ распространяется на достаточно большие глубины, до 60–70 м. При помощи совместной мезомасштабной модели море-атмосфера исследованы механизмы охлаждения верхнего слоя на примере ВХВ 23–25 января 2010 г. Проведены два численных эксперимента, в которых ослабили взаимодействие море-атмосфера: в эксперименте 1 отключили потоки явного и скрытого тепла от поверхности моря в атмосферу, в эксперименте 2 отключили напряжение трения ветра на поверхности моря. Показано, что основной причиной понижения температуры верхнего перемешанного слоя было охлаждение поверхности моря за счет потоков тепла. При этом механизмом глубокого, проникающего в пикноклин охлаждения являлось вертикальное турбулентное перемешивание, вызванное обрушением ветровых волн и сдвиговой неустойчивостью. В эксперименте 1 понижение температуры было незначительным и произошло в основном из-за вовлечения более холодной воды из ХПС через нижнюю границу перемешенного слоя. В эксперименте 2 понижение температуры было почти таким же, как и в основном расчете. Показано, что отключение напряжения трения ветра изменило характер турбулентного перемешивания в верхнем квазиоднородном слое: чтобы скомпенсировать значительное уменьшение интенсивности турбулентных вихрей и обеспечить тот же вертикальный поток тепла, что и в основном расчете, вертикальный масштаб вихрей увеличился.

В статье приведены результаты сравнения атмосферных реанализов XX века ERA-20C и NOAA-CIRES-DOE 20th Century Reanalysis Version 3 с данными метеорологических наблюдений, выполненных в ходе вынужденного дрейфа шхуны «Св. Анна» в 1912–1914 гг в Арктике. Сравнивались синхронные временные ряды атмосферного давления, температуры воздуха, скорости и направления ветра с помощью корреляционного анализа и оценок средней и среднеквадратической ошибки. Сравнение данных о ветре проводилось с помощью специализированных методов анализа векторных рядов. Для всех метеорологических характеристик реанализ NOAA-CIRES-DOE 20th Version 3 показывает более высокие значения корреляции и наименьшие значения среднеквадратической ошибки. Минимальные значения средней ошибки для данных атмосферного давления и температуры воздуха показывает реанализ ERA-20C. Установлено, что между данными измерений ветра и ветром реанализов есть систематическое отклонение примерно 12–15°.