Важная роль внутренних гравитационных волн (ВГВ) заключается в том, что они обеспечивают эффективный механизм переноса энергии и импульса из нижних слоев атмосферы Земли в верхние. Причиной интереса к ВГВ со стороны специалистов по ионосфере является то, что многие ионосферные явления и процессы распространения радиоволн хорошо объясняются путем привлечения понятий атмосферных волн. Согласно интерпретации, принятой в настоящее время, перемещающиеся ионосферные возмущения и спорадические Е-слои представляют собой ионосферное проявление волн в преимущественно нейтральной атмосфере Земли (Gubenko et al., 2018). Поскольку ВГВ являются характерной особенностью устойчиво стратифицированной атмосферы, то аналогичные эффекты можно ожидать в атмосфере Марса и Венеры (Gubenko et al., 2008a; Губенко и др., 2015, 2016а; Yakovlev et al., 1991). Наблюдения обусловленных внутренними волнами флуктуаций температуры и скорости ветра в атмосфере Земли показали, что волновые амплитуды возрастают с увеличением высоты, однако недостаточно быстро, чтобы соответствовать их росту из-за экспоненциального уменьшения плотности в отсутствие диссипации энергии. Линейная теория ВГВ объясняет такое замедление темпа роста следующим образом: если волновая амплитуда превышает пороговую величину, это приводит к неустойчивости и возникновению турбулентности, которая препятствует дальнейшему увеличению амплитуды (насыщение внутренних волн). Полагают, что динамическая (сдвиговая) и конвективная неустойчивости являются теми механизмами, которые вносят наибольший вклад в диссипацию энергии и насыщение внутренних волн в атмосфере.
Спутниковые наблюдения в атмосфере радиозатменным методом являются мощным средством радиофизических исследований активности ВГВ по всей планете с почти однородным и высоким качеством экспериментальных данных. Однако, радиозатменные исследования внутренних волн в атмосфере Земли (Gubenko et al. 2008b, 2011; Губенко и др., 2012, 2016b) используют данные одной системы наблюдения. Обычно это обеспечивает информацию только об одной независимой переменной (температуре или плотности) и обусловливает некоторую неоднозначность описания волнового поля. Когда две инструментальные системы измерений используются вместе, можно добиться значительно более полного определения характеристик волнового поля. Анализ одновременных данных о скорости ветра и температуре, полученных при проведении радиозондовых измерений, позволяет больше внимания уделить роли, которую играют внутренние волны в атмосферной динамике. Зондовые измерения обеспечивают проверку радиозатменного волнового мониторинга, который использует анализ обусловленных внутренними волнами вариаций температуры или плотности в предположении насыщения амплитуды волнового поля (разработанный нами SWA-метод (saturated wave assumption)). Изучение одновременных возмущений температуры и скорости ветра дает возможность оценить степень насыщения ВГВ без каких-либо предположений, проверить обоснованность и корректность предположения о насыщении внутренних волн и, следовательно, определить эффективность разработанного SWA-метода (Губенко, Кириллович, 2018). Знание реальных и пороговых волновых амплитуд необходимо при оценке воздействия внутренних волн на невозмущенную атмосферу. Поскольку предположение о насыщении амплитуды внутренних волн играет ключевую роль при радиофизическом мониторинге ВГВ в атмосферах планет (Gubenko et al., 2008b, 2011; Губенко и др., 2012, 2015, 2016a, b), радиозондовые исследования процессов насыщения в атмосфере Земли являются актуальными и важными. В работе предлагается усовершенствованный метод годографа, основанный на комбинированном анализе одновременных измерений скорости ветра и температуры, в котором используется поляризационное соотношение между волновыми вариациями скорости и температуры для достижения минимальных погрешностей в результатах реконструкции характеристик внутренних атмосферных волн. Представлены результаты определения реальных и пороговых амплитуд, степени насыщения и других характеристик для идентифицированных ВГВ, полученные из анализа радиозондовых измерений скорости ветра и температуры SPARC (Stratospheric Processes And their Role in Climate) в атмосфере Земли.
Работа выполнена при частичной поддержке Программы 28 Президиума Российской академии наук.