Изменчивость характеристик атмосферных внутренних волн и их сигнатур над Тихоокеанским побережьем Российской Федерации по данным Himawari-8

В настоящее время волновые процессы являются одними из наименее изученных явлений в атмосфере Земли. Атмосферные волны разделяются на несколько типов в зависимости от природы их возникновения: акустические, внутренние и планетарные. Первые из них генерируются вследствие сжимаемости воздуха [1]. Вторые возникают под воздействием нескольких факторов: силы тяжести, конвекции, струйных течений, рельефа подстилающей поверхности [2]. Третьи образуются вследствие непостоянства силы Кориолиса в различных широтах [3]. Однако наибольший интерес для климатологов и метеорологов представляют внутренние волны, благодаря предположениям об их связи с различными атмосферными процессами: переносом энергии, общей циркуляцией, образованием ураганов и другими [4].
Традиционными методами регистрации внутренних волн является акустическое, лидарное и радиолокационное зондирование. Указанные подходы позволяют получать хоть и регулярные, но достаточно локальные наблюдения за рассматриваемыми явлениями. Однако над водной поверхностью результаты детектирования внутренних волн носят эпизодический характер. С 2000-х годов стали активно привлекаться данные дистанционного зондирования Земли из космоса. В частности были определены регионы с наибольшей повторяемостью рассматриваемых явлений, к которым относится и Тихоокеанское побережье Российской Федерации. При этом идентификация внутренних волн осуществляется на основе возникающих под их воздействием сигнатур. Так, на спутниковых снимках видимого диапазона спектра рассматриваемые волновые процессы проявляются в виде групп упорядоченных квазипараллельных полос протяженностью до нескольких сотен километров, образованных облаками нижнего и среднего яруса. При этом возникновение облачности обуславливается процессами конденсации влаги на гребнях волн. Сами же волновые движения генерируются по двум причинам. Первая из них заключается в поднятии теплых воздушных масс при их натекании на препятствие с последующим перемешиванием со встречным холодным воздухом (орографические волны). Вторая обусловлена нарушением стабильности нескольких устойчивых инверсионных слоев под воздействием различных процессов, например, конвекции (гравитационные волны). Детальный анализ внутренних волн над отдельно взятым регионом позволит не только улучшить понимание причин их возникновения в нём, но и оценить взаимосвязь с различными атмосферными процессами, а также жизнедеятельностью человека.
В докладе представлены результаты исследования изменчивости характеристик атмосферных внутренних волн и их сигнатур, наблюдаемых над Тихоокеанским побережьем Российской Федерации, по спутниковым данным Himawari-8, полученным в период с 2015 по 2017 год. Данный аппарат расположен на геостационарной орбите и позволяет получать изображения земного диска раз в 10 минут с возможностью сокращения этого времени до 2.5 минут. Использование данных Himawari-8 позволило определить динамику характеристик рассматриваемых волновых процессов и их сигнатур, а также сопутствующих параметров окружающей среды: площадь облачных проявлений, число, толщину и протяженность квазипараллельных полос, длину и скорость распространения волн, температуру, высоту и давление на верхней границе облаков. Кроме этого, анализируемые серии спутниковых снимков позволили определить тип наблюдаемых внутренних волн, а также стадию их распространения: возникновение, стационарное движение и затухание. Выдвигаются предположения относительно условий окружающей среды, способствующих генерации исследуемых волновых процессов. Обсуждаются результаты сопоставления характеристик атмосферных внутренних волн, полученных по спутниковым данным MODIS с данными Himawari-8 за соответствующее время, а также аэрологическими измерениями на метеостанциях рассматриваемого региона [5].
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для молодых российских ученых – кандидатов наук № МК-1745.2018.5