Турбулентность в верхней тропосфере по данным многолетних спутниковых измерений и ее связь с климатическими параметрами

Спутниковые методы определения поля ветра в атмосфере давно и успешно применяются для решения научных и практических задач. При этом они позволяют определять, как правило, вектор горизонтальной скорости ветра на разных высотах, а турбулентная составляющая поля ветра этими методами не определяется. Знание характеристик турбулентности чрезвычайно важно для обеспечения безопасности полетов авиации. В верхней тропосфере наблюдается главным образом так называемая турбулентность в ясном небе (ТЯН), связанная в большинстве случаев со струйными течениями. Разработанный и используемый нами метод определения характеристик атмосферных движений по данным измерений метеорологических геостационарных спутников [1, 2] позволяет определять не только поле вектора скорости ветра, но также коэффициент мезомасштабной турбулентной диффузии и завихренность на одном масштабе движения воздушной массы.
На основе обработки данных зондирования атмосферы радиометром SEVIRI европейских геостационарных метеорологических спутников второго поколения за период 2007-2019 гг. в канале водяного пара 6,2 мкм с высоким временным (15 мин) и пространственным (3-6 км) разрешением исследовано пространственное распределение и временная изменчивость в зоне обзора спутников областей турбулентности с различными значениями коэффициента горизонтальной мезомасштабной турбулентной диффузии. На рассмотренном временном интервале отмечается заметный рост среднемесячной общей площади турбулизованных областей. При этом общая площадь, занятая сравнительно сильной турбулентностью, несколько уменьшилась, а слабой – значительно увеличилась. Кросс-вейвлетный анализ выявляет связь вариаций площадей турбулизованных областей с большинством характеристик струйных течений. В наибольшей степени она проявляется с градиентом скорости и широтным положением центра струйного течения. Детально проанализированы фазовые соотношения между изменчивостью турбулизированных областей и климатическими параметрами. Выявлены значимые с вероятностью более 95% годовые вариации площадей сильной турбулентности с температурой на всех уровнях от 200 до 500 гПа в широтной зоне от 40 до 60 град, происходящие в противофазе, и софазные годовые вариации с разностью температур между низкими и высокими широтами. Предложено объяснение найденным закономерностям.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 18-05-00831а.