Атмосферные волны представляют собой вид волновых движений в устойчиво стратифицированной атмосфере, возникающих как над сушей, так и над водной поверхностью в различных регионах планеты [1]. Волновые процессы могут возникать в различных слоях атмосферы, начиная от нижней тропосферы и до термосферы. Традиционными методами их регистрации на высотах до 5 км являются акустическое, лидарное и радиолокационное зондирование, которые обеспечивают хоть и локальное, но достаточно регулярное наблюдение рассматриваемых явлений над сушей [2]. Над поверхностью Мирового океана детектирование атмосферных волн носит эпизодический характер и, как правило, является побочным результатом других экспериментов. Поэтому исследуемые волновые процессы по-прежнему являются одними из наименее изученных явлений, которые могут быть связаны с различными климатическими процессами. В настоящее время стали активно привлекаться результаты дистанционного зондирования Земли из космоса для регистрации и восстановления характеристик атмосферных волн. На спутниковых снимках рассматриваемые волновые процессы в тропосфере проявляются в виде групп упорядоченных квазипараллельных полос, образованных облаками нижнего или среднего ярусов. Такие сигнатуры характеризуют внутренние волны, которые в современной литературе подразделяются на гравитационные и орографические. Несмотря на достаточно частую регистрацию обоих типов атмосферных внутренних волн над сушей и водной поверхностью, их характеристики мало изучены, а региональные особенности генерации не установлены.
На данный момент времени комплексная параметризация рассматриваемых явлений выполнена лишь для единичных эпизодов их наблюдения. В первую очередь это связано со сложностью их обнаружения из-за непостоянства структуры их сигнатур, ориентации в пространстве, времени жизни, периодичности возникновения, балла облачности и другого [3]. Во вторую очередь отсутствует единый подход к параметризации атмосферных внутренних волн. Из этого вытекает недостаток методов, алгоритмов и программных средств для комплексного анализа рассматриваемых явлений. Решение указанных проблем не только облегчит построение математических моделей атмосферных внутренних волн, но и улучшит их понимание, а также позволит установить связь с другими процессами, протекающими в системе «атмосфера-океан-суша».
В докладе представлено описание подхода к восстановлению геометрических и физических характеристик атмосферных внутренних волн и их сигнатур на основе результатов дистанционного зондирования Земли из космоса и аэрологических измерений. При этом восстанавливаются следующие параметры: число, протяженность толщина, радиус кривизны, траектория распространения квазипараллельных полос облачности, ее тип, высота и температура верхней границы, профили температуры, влажности, направления и скорости ветра, амплитуда, период, частота и длина волн, а также температура океана и подстилающей поверхности. Для этого используются спутниковые данные MODIS и результаты их тематической обработки, содержащие сведения о характеристиках облаков, подстилающей и водной поверхности. Обсуждаются результаты восстановления параметров атмосферных внутренних волн, наблюдаемых над Тихоокеанским побережьем Российской Федерации. Приведены параметры окружающей среды, способствующие генерации и распространению рассматриваемых атмосферных явлений. Представлены результаты исследования динамики некоторых характеристик сигнатур волновых процессов по данным геостационарного спутника Himawari-8.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для молодых российских ученых – кандидатов наук № МК-1745.2018.5