Целью работы явился анализ условий формирования внутренних гравитационных волн (ВГВ) в мезосфере с использованием данных спутниковой съёмки в канале Day/Night Band (DNB) прибора VIIRS спутника NOAA-20.
Гравитационные волны существуют в широком диапазоне горизонтальных размеров и в относительно коротких временных рамках (Köhler, 2020). Их принято классифицировать по источнику формирования: орография (Minamihara et al., 2016; Fedoseeva, Simakina, 2022), мощная конвекция (Vincent and Alexander, 2000), струйные течения и фронты (Plougonven and Zhang, 2014). Распространяясь из тропосферы через стратосферу, эти волны достигают мезосферы и модулируют её динамический режим (Jovanovic, 2025).
Съёмка в канале DNB благодаря датчикам низкого уровня освещённости позволяет регистрировать слабое собственное свечение атмосферы (airglow) в видимом диапазоне на высоте около 87 км. Проходя через мезосферу, ВГВ изменяют интенсивность этого свечения, создавая на изображении чередование контрастных светлых и тёмных полос и колец. С учётом артефактов метода (засветка вблизи терминатора, городские огни, полосы детекторов) отобраны случаи с минимальными помехами — всего три события с выраженными волновыми структурами за период 2020–2022 гг. над территорией Северной Америки.
Помимо визуального анализа спутниковых изображений, привлекались поля вертикальной скорости (омега) и индекса Шовальтера для верификации конвективной активности вблизи источников волн. Однако, как показал анализ, эти параметры не являются универсальными предикторами: они работают лишь в сочетании с полями дивергенции, адвекции циклической завихренности и данными о рельефе подстилающей поверхности. Именно комплексный анализ волновых паттернов на спутниковых снимках и полей метеорологических параметров позволил обнаружить связь волновой деятельности с метеорологическими процессами над территорией Северной Америки.

Ключевые слова: Внутренние гравитационные волны, мезосфера, свечение атмосферы (airglow), VIIRS/DNB, NOAA-20, спутниковые наблюдения, конвекция, орография

Литература:

Köhler, R.: Towards seasonal prediction: stratosphere-troposphere coupling in the atmospheric model ICON-NWP, PhD thesis, Universität Potsdam, https://doi.org/10.25932/publishup-48723, 2020
Vincent, R. A. and Alexander, M. J.: Gravity waves in the tropical lower stratosphere: An observational study of seasonal and interannual variability, J. Geophys. Res., 105, 17971–17982, https://doi.org/10.1029/2000JD900196, 2000.
Plougonven, R. and Zhang, F.: Internal gravity waves from atmospheric jets and fronts, Rev. Geophys., 52, 33–76, https://doi.org/10.1002/2012RG000419, 2014.
Minamihara, Y., Sato, K., Kohma, M., and Tsutsumi, M.: Characteristics of vertical wind fluctuations in the lower troposphere at Syowa station in the Antarctic revealed by the PANSY radar, Sola, 12, 116–120, https://doi.org/10.2151/SOLA.2016- 026, 2016.
Gordana Jovanovic. Gravity waves as a mechanism of troposphere–stratosphere–mesosphere coupling during sudden stratospheric warming. Atmos. Chem. Phys., 25, 2979–2988, 2025. https://doi.org/10.5194/asp-25-2979-2025/
THE GABOR FILTER APPLICATION IN SATELLITE ANALYSIS OF “INVISIBLE” OROGRAPHIC WAVES. Fedoseeva N.V., Simakina T.E. В сборнике: Physics of the Atmosphere, Climatology and Environmental Monitoring. Modern Problems of Atmospheric Physics, Climatology and Environmental Monitoring. Сер. "Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences" 2022. С. 149-156.
Федосеева Н.В., Симакина Т.Е., Щербакова В.А. Связь проявления внутренних волн на морской поверхности на спутниковых радиолокационных изображениях с параметрами фильтра Габора. // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2024. № 3 (55). С. 25-33.

XXIV.D.246

Условия формирования мезомасштабных гравитационных волн в мезосфере по данным VIIRS/DNB

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов