Радиозондовые исследования внутренних волн в атмосфере Земли

Внутренние гравитационные волны (ВГВ) заметно влияют на структуру и циркуляцию атмосферы Земли благодаря эффективному переносу энергии и импульса с ее нижних уровней на верхние. Так как внутренние волны являются характерной особенностью устойчиво стратифицированной атмосферы, то аналогичные эффекты можно ожидать в атмосферах Венеры и Марса [1–6]. Источниками генерации ВГВ в атмосферах планет могут быть тепловые контрасты вблизи поверхности, топография, сдвиговая неустойчивость ветра, конвекция и фронтальные процессы. Наблюдения флуктуаций температуры и скорости ветра в средней 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 внутренних волн объясняет это замедление темпа роста амплитуды (насыщение волновой амплитуды) следующим образом: если при распространении ВГВ ее амплитуда превысит пороговую величину, то это будет приводить к атмосферной неустойчивости, а также к возникновению турбулентности и диссипации энергии, что будет препятствовать дальнейшему увеличению волновой амплитуды. Полагают, что сдвиговая и конвективная неустойчивости являются теми механизмами, которые вносят наибольший вклад в диссипацию энергии и насыщение внутренних волн в атмосфере. Для волн с высокими собственными частотами, пороговые амплитуды сдвиговой и конвективной неустойчивости практически совпадают и примерно равны единице. Однако для низкочастотных ВГВ, собственная частота которых близка к инерционной частоте, пороговая величина сдвиговой неустойчивости оказывается существенно ниже ее аналога для конвективной неустойчивости. Исследования процессов насыщения внутренних волн, а также определения реальной и пороговой волновой амплитуды важны при определении эффектов ВГВ в невозмущенной атмосфере. Положение о насыщении внутренних волн играет ключевую роль при радиозатменном мониторинге ВГВ в атмосферах планет [5–10], поэтому радиозондовые исследования внутренних волн в атмосфере Земли являются актуальной задачей. В докладе представлены результаты определения реальных и пороговых волновых амплитуд, степени насыщения и других характеристик идентифицированных ВГВ, полученные из анализа высокоточных радиозондовых измерений (SPARC) скорости ветра и температуры в атмосфере Земли (http://www.sparc.sunysb.edu/). Обсуждаются приложения зондовых исследований ВГВ для задач радиозатменного мониторинга внутренних волн в атмосферах планет.