Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 61, № 6 (2025)
Статьи
ОБЛАСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ С ПОВЕРХНОСТИ (ФУТПРИНТ): КОНЦЕПЦИЯ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ
Аннотация
Область формирования турбулентного потока с поверхности или зона охвата при его измерении с мачт подвержена пространственной и временной изменчивости. Необходимость в точной оценке области формирования измеряемого потока или футпринта (от англ. footprint — «след», «отпечаток») значительно возросла с появлением станций долгосрочного мониторинга турбулентного обмена над лесами и другими неоднородными территориями и созданием сетей наблюдений для определения интенсивности обмена веществом и энергией между экосистемами и атмосферой (FLUXNET, AsiaFlux, RuFlux и др.). Футпринт играет ключевую роль в оптимизации размещения приборов, интерпретации временных рядов измеренных потоков, анализе изменчивости потоков в ответ на изменение подстилающей поверхности, а также в оценке качества собранной информации. Но оценка футпринта, с учетом разнообразия исследуемых потоков и концентраций веществ, остается сложной задачей. В статье представлен обзор доступных методов моделирования футпринта, рассмотрены их преимущества и недостатки, а также выявлены актуальные проблемы и предложения по улучшению существующих подходов.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):701-736
701-736
ОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ И БАРОКЛИННЫЕ ВОЛНЫ В АТМОСФЕРЕ МОДЕЛЬНЫХ ЗОНАЛЬНО-ОДНОРОДНЫХ ПЛАНЕТ ЗЕМНОГО ТИПА
Аннотация
Граничные условия на поверхности Земли оказывают существенное влияние на формирующиеся в атмосфере течения планетарного и синоптического масштабов. В реальной атмосфере Земли изолировать и изучить влияние граничных условий сложно, так как на пространственную структуру крупномасштабных течений и их временные вариации существенное влияние оказывают распределение суши и океана, рельеф поверхности, гидрологический цикл и другие факторы. Исследовать роль подстилающей поверхности возможно с помощью идеализированных моделей планет земного типа. В данной работе выполнен сравнительный анализ структуры и динамики общей циркуляции атмосферы и бароклинных волн для идеализированных, зонально-однородных планет, который по сути является анализом чувствительности динамики общей циркуляции атмосферы к вариациям среднеширотных характеристик земной поверхности. Численные эксперименты выполнены с помощью пакета WRF-ARW для встроенных в него характеристик земной атмосферы и земных параметров планетарного движения и инсоляции. Рассмотрены три модельные конфигурации, а именно: пустынная планета, пустынная планета с экваториальным океаном и аквапланета с фиксированным меридиональным распределением температуры. Показано, что пустынная планета отличается сильными сезонными вариациями, которые приводят к заметным особенностям как в структуре средней общей циркуляции, так и в распределении пульсаций скорости и температуры. На пустынной планете с экваториальным океаном пульсации меридиональной скорости и температуры подобны наблюдаемым в атмосфере Земли. Они сосредоточены в средних широтах и разнесены по высоте, максимум пульсаций температуры расположен в нижней части тропосферы, а скорости — в верхней ее части. На аквапланете пульсации температуры заметно меньше по амплитуде и смещены в средние слои тропосферы. Проведенные расчеты показали, что, несмотря на зонально-однородные граничные условия и отсутствие рельефа, на всех рассмотренных модельных планетах заметно флуктуируют интенсивность, время жизни, фазовая и групповая скорость бароклинных волн. В случае пустынной планеты и планеты смешанного типа имеет место выраженный сезон наибольшей волновой активности. На аквапланете нет сильных сезонных вариаций, однако при этом наблюдаются продолжительные интервалы приостановок дрейфа волн на запад (блокинги). Проведен анализ спектрального состава бароклинных волн и его сезонной изменчивости.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):737-750
737-750
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВЕРХНЕТРОПОСФЕРНЫХ ТЕЧЕНИЙ ЗА СЧЕТ ЭКМАНОВСКОГО ПРИДОННОГО ТРЕНИЯ
Аннотация
В рамках двухуровневой квазигеострофической модели с придонным трением исследована динамика зональных квазигеострофических течений. Показано, что за счет трения скорость течения на нижнем уровне падает до нуля, а скорость на верхнем уровне растет. Получено аналитическое выражение для предельной скорости течения на верхнем уровне, исследована зависимость коэффициента усиления от структуры начального возмущения скорости. Аналогичный результат получен в рамках непрерывной поверхностной геострофической модели, использующей длинноволновое приближение. Построено аналитическое решение, описывающее трансформацию зонального течения в интенсивное верхнетропосферное течение. Таким образом, показано, что экмановское трение является одним из важных механизмов, способствующих интенсификации течений на верхнем уровне.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):751-757
751-757
О ДВИЖЕНИИ ПАССИВНОЙ ПРИМЕСИ В СТРАТИФИЦИРОВАННОМ ЗОНАЛЬНОМ ПОТОКЕ НАД ИЗОЛИРОВАННЫМ ПОДВОДНЫМ ГАЙОТОМ
Аннотация
В рамках трехслойной квазигеострофической модели в приближении f-плоскости проводится численное моделирование воздействия изолированной подводной возвышенности на движение поверхностных, подповерхностных и глубинных пятен пассивной примеси, переносимых вертикально однородным зональным стационарным течением. Исследуется влияние плотностной стратификации и скорости внешнего течения на размеры топографического вихря, формирующегося над возвышенностью. Выявлена роль первоначальных размеров и форм пятен примеси на результирующую картину распределения загрязнения в слоях.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):758–769
758–769
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ. ЧАСТЬ 2. ВЛИЯНИЕ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ФОРМУ И ПАРАМЕТРЫ АКУСТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ
Аннотация
Проводится анализ результатов экспериментальных исследований распространения нелинейной акустической волны в приземном слое атмосферы. Рассмотрено влияние подстилающей поверхности и растительности на форму волны, а также на ее амплитуду и ширину фронтовой области. Выявлен масштабный эффект взаимодействия нелинейной акустической волны с растительностью. Показано, что расширение фронтовой области волны подчиняется закону энергетического подобия. Отмечена необходимость поиска механизма, обуславливающего такой характер развития волны.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):770-785
770-785
МОДОВАЯ СТРУКТУРА ПОЛЕЙ ВНУТРЕННИХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН, ВОЗБУЖДАЕМЫХ ЛОКАЛИЗОВАННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ВОЗМУЩЕНИЙ В ОКЕАНЕ С ФОНОВЫМИ СДВИГОВЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ
Аннотация
Рассмотрена задача о построении решений, описывающих генерацию линейных внутренних гравитационных волн в слое стратифицированной среды конечной глубины с модельными распределениями частоты плавучести и фонового сдвигового течения. В предположении устойчивости Майлса–Ховарда для числа Ричардсона изучены соответствующие дисперсионные зависимости. Показано, что в зависимости от параметров линейного сдвигового течения дисперсионные кривые волновых мод могут иметь качественно различные асимптотические представления при малых волновых числах. Дисперсионные кривые конечного числа мод, описывающих волны с ограниченной длиной, при малых значениях волнового числа допускают разложения по четным степеням малого параметра. Дисперсионные кривые остальных мод, отвечающим волнам со сколь угодно большой длиной, разлагаются в ряд по нечетным степеням малых волновых чисел. Изучена фазовая структура волновых полей в зависимости от номера моды и основных характеристик сдвиговых течений. Аналитически получены оценки, позволяющие, в зависимости от параметров модельного течения, найти номер волновой моды, который делит весь существующий набор волновых мод на ограниченные и длинноволновые.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):786–796
786–796
УСЛОВИЕ ФОТОХИМИЧЕСКОГО/ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ МАЛЫХ ПРИМЕСЕЙ АТМОСФЕРЫ: ОБЗОР МЕТОДОВ АНАЛИЗА И ПРИМЕНЕНИЯ
Аннотация
В данной работе представлен обзор публикаций, в которых равновесие химически активных малых примесей атмосферы применяется в различных задачах восстановления неизмеряемых (плохо измеряемых) характеристик на высотах тропосферы, стратосферы и мезосферы – нижней термосферы. Суммированы результаты наших исследований, развивающих математически корректный анализ равновесия малых примесей с привлечением численного моделирования, в том числе результатов расчета глобальных химико-транспортных 3D-моделей.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):797–814
797–814
КОНЦЕНТРАЦИЯ МЕТАНА В АТМОСФЕРЕ НАД МОРЯМИ ЗАПАДНОГО СЕКТОРА РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ В ПОЗДНЕОСЕННИЙ СЕЗОН В 2023 ГОДУ
Аннотация
Повышение температуры в Арктике, происходящее в последние десятилетия и опережающее средние глобальные темпы, представляет угрозу из-за высвобождения крупных залежей углерода, сосредоточенных в вечной мерзлоте Арктики. Мониторинг окружающей среды стал одной из приоритетных задач при оценке рисков для крайне уязвимых арктических экосистем, однако проведение измерений состава атмосферы в столь удаленных регионах, в особенности над акваторией арктических морей, крайне затруднительны. Они ограничиваются продолжительностью навигационного периода, логистическими сложностями отбора проб и приборной базой, необходимой для проведения прецизионных измерений состава атмосферного воздуха. В ходе данного исследования были проведены измерения атмосферной концентрации CH4 с 9 ноября по 6 декабря 2023 г. Основными районами исследования стали Баренцево море и южная акватория Карского моря. В период исследований концентрация CH4 в атмосфере находились в диапазоне от 2.018 до 2.127 ppm, со средним значением 2.040 ± 0.014 ppm. Вариации атмосферного CH4 в приводном слое главным образом были обусловлены метеорологическими условиями, а также географическим положением судна и временем измерений. Так, например, в региональном масштабе перенос воздушных масс с суши приводил к повышенной концентрации CH4, вынос с северных районов Атлантики – к пониженной. Локальные источники определяли более короткопериодные флуктуации значений концентрации CH4 в приводном воздухе. Совместные измерения содержания CH4 в морской воде и атмосфере с высоким разрешением являются критически важными для понимания масштабов эмиссии CH4 на границе гидросфера–атмосфера, особенно в зимний период, когда в океане увеличивается мощность слоя перемешивания, усиливается конвекция и в атмосферу может попадать большее количество метана из водной толщи. Полученные нами данные могут быть использованы как входные параметры для климатических моделей.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):815–832
815–832
ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРОДСКОГО КЛИМАТА В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ В НАЧАЛЕ XXI ВЕКА
Аннотация
Данный обзор представляет собой анализ появившихся в последние две с небольшим декады резонансных работ, в которых анализируются с разных позиций характеристики климата и микроклимата городов Российской Федерации. Обзор разбит на пять подразделов: от влияния климатических изменений на качество воздуха и повторяемость опасных погодных явлений до характеристик городского острова тепла, его влияния на энергетику и условия термического комфорта для населения, а также климата городов Арктической зоны РФ. Отмечается, что более половины работ посвящены исследованиям климата двух городов федерального значения в РФ – Москвы и Санкт-Петербурга, что может быть объяснено географической институциональной привязкой научных групп, производящих исследования. С другой стороны, среди городов-миллионеров РФ есть и те, которые в принципе не подвергались пристальному изучению с климатологической точки зрения (в периодической научной литературе) в последние два с лишним десятка лет (например, Самара). Все вышеперечисленные особенности указывают на недостаток исследований городского климата с начала XXI в. до текущего момента на разных пространственных масштабах.
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025;61(6):833-852
833-852