Modeling the passage of large-scale internal gravitational waves from the troposphere to the ionosphere
Моделирование прохождения крупномасштабных ВГВ из тропосферы в ионосферу

A.I. Suslov, N.S. Erokhin, L.A. Mikhailovskaya, S.N. Artekha, A.A. Gusev
2017 Current problems in remote sensing of the Earth from space  
На основе двумерных численных расчетов траекторий внутренних гравитационных волн (ВГВ) рассмотрено распространение ВГВ в неоднородной по вертикали атмосфере с тропосферных высот в ионосферу при наличии зональных потоков с учетом их неоднородности по высоте. В тропосфере внутренние гравитационные волны могут возбуждаться при развитии процессов типа крупномасштабных вихрей, землетрясений и других. Для ряда данных по высотным профилям частоты Вяйсяля-Брента и высотному профилю скорости зонального
more » ... корости зонального потока в атмосфере выполнен анализ возможности прохождения мелкомасштабных и среднемасштабных внутренних гравитационных волн из тропосферы в ионосферу на высоту более 80 км. Согласно численным расчетам, в зависимости от параметров ВГВ и зонального потока в атмосфере возможны различные варианты распространения ВГВ в вертикально неоднородной системе тропосфера-ионосфера. В частности, подтверждается ранее сделанный вывод, что при наличии в атмосфере критических слоев или слоев вертикального отражения прохождение ВГВ в ионосферу невозможно. При наличии критического слоя внутренняя гравитационная волна, распространяясь к нему снизу, сильно замедляется, вертикальная компонента волнового вектора сильно увеличивается и ВГВ около критического слоя распространяется практически горизонтально. Причем за счет большого возрастания вязкости она реально полностью поглощается на высоте критического слоя. В зависимости от исходных параметров системы возможна ситуация, когда на некоторой высоте возникает слой горизонтального отражения и ВГВ отражается (распространяясь при этом наверх) назад -к источнику ее возбуждения. Затем выше может возникнуть слой вертикального отражения, и волна, распространяясь от него вниз, вновь подходит к слою горизонтального отражения. После отражения в нем ВГВ возвращается к источнику уже с другой стороны. Согласно проведенным численным расчетам динамики ВГВ, горизонтальное смещение пакета ВГВ при распространении из тропосферы в ионосферу может быть большим (в зависимости от выбора исходных параметров задачи, высотных профилей зонального потока, частоты Вяйсяля-Брента) и может составлять тысячи километров. Следовательно, в условиях реализации прохождения ВГВ из тропосферы на ионосферные высоты предвестники кризисных событий в ионосфере (включая возмущения плазмы) могут наблюдаться спутниковой аппаратурой на больших расстояниях по горизонтали от источника генерации внутренних гравитационных волн. Это обстоятельство следует учитывать при анализе и интерпретации экспериментальных данных по связи ионосферных возмущений с кризисными событиями, например, землетрясениями, тропическими циклонами и др. Ключевые слова: внутренние гравитационные волны, тропосфера, частота Вяйсяля-Брента, зональный поток, критический слой, предвестники, ионосфера Одобрена к печати: 08 Введение Исследование процессов генерации возмущений ионосферной плазмы за счет кризисных процессов в тропосфере относится к числу актуальных задач и представляет большой интерес, в частности, для наблюдений индикаторов и предвестников кризисных атмосферных явлений спутниковой аппаратурой, корректной интерпретации данных наблюдений параметров возмущений ионосферной плазмы (Липеровский, Похотелов, Шалимов, 1992; Черный и др., 2003). Одним из важных типов возмущений атмосферы являются внутренние гравитационные волны (ВГВ), которые возникают из-за плотностного расслоения воздуха по вертикали. Они играют заметную роль в динамике атмосферы и ионосферы Земли, поскольку способны распространяться на тысячи километров от источника их возникновения без существенного затухания. Внутренние гравитационные волны рассматривались ранее в работах (15. Medvedev A.S., Gavrilov N.M. The nonlinear mechanism of gravity waves generation by meteorological motions in the atmosphere // J.
doi:10.21046/2070-7401-2017-14-5-19-25 fatcat:6aoi3a7r7zed3ov2lgnpltwrjq