Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2019 год

(http://conf.rse.geosmis.ru)

Изменчивость характеристик тропопаузы в Арктике по данным дистанционного радиозондирования атмосферы

Червяков М.Ю. (1), Шаркова С.А. (1), Спиряхина А.А. (1), Суркова Я.В. (1), Нейштадт Я.А. (1)
(1) Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
​В последние десятилетия во многих странах изменение климата стало одной из главных тем для исследования. Главной причиной для этого стал глобальный характер изменений и их последствий для жизни человека. Климатические изменения проявляются не только в приземном слое, но и на высоте тропопаузы [1].
​Тропопауза условно определяется как переходный слой между тропосферой и стратосферой, нижний уровень которого соответствует убыванию вертикального градиента температуры до 0,2˚С/100 м или менее, который остается таким, по крайней мере, в вышележащем слое 2 км [3].
Изменения стратификации тропосферы зависят от процессов и явлений, происходящих в тропосфере и нижних слоях стратосферы [4 - 6, 9-15]. Поэтому в арктическом регионе колебания высоты и температуры на уровне тропопаузы служат индикаторами изменчивости земной климатической системы.
В данном исследовании использовался архив данных радиозондирования Университета Вайоминга, США [8]. Вся информация находится в открытом доступе и не требует дополнительной регистрации или навыков работы со сложными программными комплексами и нестандартными форматами хранения информации. Данные измерений представлены в табличной форме и в виде комплектов телеграмм, зашифрованных по аэрологическому коду КН-04. Достаточно легко с помощью аэрологических диаграмм происходил процесс поиска и идентификации нижнего уровня тропопаузы, так как информация о ней кодируется отдельным блоком и легко считывается. Возможность визуализировать график изменения температуры с высотой позволила оперативно оценить наличие тропопаузы с экстремальными или сомнительными значениями высоты нижней границы и значений температуры на ее уровне [2].
Для оценки изменчивости метеорологических характеристик на уровне тропопаузы были выбраны 3 станции: обсерватория «Greenland Environmental Observatory at Summit (GEOSummit)» и аэрологические станции «Черский» и «Нарьян-Мар». Они находятся в арктическом регионе, но различны по физико-географическим условиям. "GEOSummit" - расположена вблизи вершины ледового щита Гренландии, на высоте примерно 3 км над уровнем моря. "Черский" - расположена на берегу р. Колымы, а Нарьян-Мар на равнинной территории севера европейской территории России [7].
В ходе работы были проанализированы данные радиозондирования в летний период (июнь-август) с 2012 по 2017 гг., что в целом составило 2860 подъемов радиозондов. Оценивались вертикальные профили температуры как в ночное (срок 00), так и дневное (срок 12) время. Информация о стратификации атмосферы в рассматриваемый период для станции «GEOSummit» получена с использованием сетевых радиозондов Vaisala, а на станциях «Нарьян-Мар» и «Черский» - радиозонды типа МРЗ.
Выявлено, что высота тропопаузы, ее максимальные и минимальные значения в летний период существенно зависят от географического положения аэрологической станции и рассматриваемого периода времени. В летний период времени амплитуда колебаний высоты тропопаузы может достигать 7 и более км. Анализ температуры на нижней границе тропопаузы для рассматриваемых станций показал существенные временные вариации температуры, амплитуда которых может за сезон достигать 30 и более градусов [2].
Выявлено, что между температурой на нижней границе тропопаузы и ее высотой существует связь, причем она будет стремиться быть линейной при неизменности вертикального градиента температуры в тропосфере и отсутствии инверсионных и изотермических слоев. Тем не менее, эта взаимосвязь будет зависеть также и от других факторов: времени года, условий распределения температуры с высотой, температуры у поверхности земли, адвективных потоков у поверхности земли и на высоте.
Дополнительно в ходе анализа данных радиозондирования для рассматриваемых арктических станций найдены эмпирические уравнения взаимосвязи, средние для летнего сезона 2012–2017 гг., которые имеют вид: t = –0,005h – 3,6 для обсерватории «GEOSummit», t = –0,0082h + 29,9 для станции «Черский», t = –0,0056h + 5,8 для станции «Нарьян-Мар». Здесь t – температура воздуха на уровне нижней границе тропопаузы, °С, h – высота нижней границы тропопаузы, м [7].

Ключевые слова: свободная атмосфера, радиозондирование, тропопауза, Арктика.
Литература:
  1. Кулькова Е.В., Червяков М.Ю. Изменчивость составляющих радиационного баланса в Арктическом регионе // Комплексные исследования Мирового океана. Материалы II Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Москва, 10-14 апреля 2017 г. [Электронный ресурс]. – Москва: ИО РАН. С. 144-145.
  2. Червяков М. Ю., Шаркова С. А. Изменчивость характеристик тропопаузы в Арктике по данным радиозондирования атмосферы // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Науки о Земле. 2019. Т. 19, вып. 1. С. 42–48.
  3. Червяков М.Ю. Зондирование атмосферы: учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся по направлению 05.03.05 Прикладная гидрометеорология / М.Ю. Червяков. – Саратов: ИЦ «Наука», 2019. – 62 с.
  4. Червяков М.Ю. Межгодовая изменчивость поглощенной солнечной радиации и альбедо в арктическом регионе // Молодежь. Наука. Инновации: Сборник докладов 64-й международной молодежной научно-технической конференции, г. Владивосток, 21-25 ноября 2016 г. В 2 т. – Владивосток: Мор. гос. ун-т. 2016. Т.1. С. 524-528.
  5. Червяков М.Ю., Кулькова Е.В., Суркова Я.В., Спиряхина А.А., Нейштадт Я.А., Шаркова С.А., Капцова Е.И., Руденко Н.О., Полянский А.В., Цыплухина П.В. Пространственно-временная изменчивость альбедо и поглощенной солнечной радиации в Арктике в период с 2009 по 2018 гг по данным спутниковых измерений // Сборник тезисов докладов Шестнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2018. С. 232.
  6. Червяков М.Ю., Шишкина Е.В. Спутниковый мониторинг составляющих радиационного баланса на верхней границе атмосферы в Арктическом регионе // Международная школа-конференция молодых ученых «Климат и эколого-географические проблемы Российской Арктики». 4-10 сентября 2016 года. Апатиты, Россия. Сборник тезисов докладов. М.А: Типография ООО «КаэМ», 2016. С. 78.
  7. Шаркова С.А., Червяков М.Ю. Исследование изменчивости характеристик тропопаузы в арктической зоне по данным радиозондирования // Труды 61-й Всероссийской научной конференции МФТИ. 19-25 ноября 2018 года. Фундаментальная и прикладная физика. — М.: МФТИ, 2018. С. 21-22. ISBN 978-5-7417-0678-9
  8. University of Wyoming College of Engineering [Электронный ресурс]: URL: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html
  9. Червяков М.Ю., Суркова Я.В., Спиряхина А.А., Нейштадт Я.А., Котума А.И., Шаркова С.А. Взаимосвязь облачности и альбедо на верхней границе атмосферы по данным спутниковых измерений // Сборник тезисов докладов Шестнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2018. С. 234.
  10. Червяков М.Ю. Спутниковый мониторинг альбедо // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды. Основные результаты и пути развития». М.: ФГБУ «ИГКЭ Росгидромета и РАН», 2017. С. 38-39.
  11. Червяков М.Ю., Шишкина Е.В., Кулькова Е.В. Спутниковые измерения потоков отраженной коротковолновой радиации // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды. Основные результаты и пути развития». М.: ФГБУ «ИГКЭ Росгидромета и РАН», 2017. С. 92-93.
  12. Червяков М.Ю., Спиряхина А.А., Суркова Я.В. Пространственно-временное распределение поглощенной солнечной радиации над океанами // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды. Основные результаты и пути развития». М.: ФГБУ «ИГКЭ Росгидромета и РАН», 2017. С. 106-107.
  13. Суркова Я.В., Червяков М.Ю. Альбедо и поглощенная солнечная радиация на верхней границе атмосферы над Мировым океаном по данным спутниковых измерений // Комплексные исследования Мирового океана. Материалы II Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Москва, 10-14 апреля 2017 г. [Электронный ресурс]. – Москва: ИО РАН. С. 275-276. ISBN 978-5-9901449-2-7
  14. Червяков М.Ю., Котума А.И., Богданов М.Б., Суркова Я.В., Спиряхина А.А., Кулькова Е.В., Шишкина Е.В., Шаркова С.А., Нейштадт Я.А. Спутниковый мониторинг альбедо и поглощенной солнечной радиации на верхней границе атмосферы с помощью российских радиометров ИКОР-М // Сборник тезисов докладов Пятнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Москва, ИКИ РАН, 13-17 ноября 2017 г. М.: ИКИ РАН, 2017. С. 225.
  15. Спиряхина А.А., Червяков М.Ю. Измерение метеорологических параметров на метеорологических мачтах // Геопоиск-2016: Материалы I Всероссийского конгресса молодых ученых-географов, Тверь, 3-9 октября 2016 г. / Тверской государственный университет. – Тверь: Изд-во ТвГУ, 2016. С. 924-928.

Презентация доклада

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов

233