Спектр вариаций полей атмосферного влагосодержания на территории Европы по данным зондирования сигналами GPS-ГЛОНАСС

Водяной пар играет ключевую роль в радиационном балансе атмосферы Земли вследствие чего временные и пространственные вариации содержания водяного пара на межгодовом, синоптическом и мезомасштабном уровне тесно взаимосвязаны с изменениями полей других метеорологических и геофизических элементов. В работе исследовались ряды атмосферного влагосодержания по данным европейской сети станций GPS-ГЛОНАСС за период 2000-2016 гг. Одной из развивающихся отраслей, позволяющих осуществлять всепогодный мониторинг атмосферы с большим временным и пространственным разрешением является дистанционное зондирование атмосферы сигналами спутников глобальных навигационных систем, позволяющее исследовать ранее слабо изученные атмосферные процессы. О востребованности развития этой технологии говорит то, что большая часть программ атмосферного мониторинга, разрабатываемых на данный момент международным научным сообществом, предусматривает использование GPS сигналов [1]. Спутниковое радиозондирование основано на том, что измеряемая дальность характеризуется временем распространения сигнала от космического аппарата до измерительного пункта. Тропосфера приводит к значительным вариациям тропосферной задержки спутниковых сигналов, что дает возможность ее мониторинга с помощью наземной аппаратуры спутниковых навигационных систем [2]. В работе были построены длинные ряды интегрального влагосодержания атмосферы, рассчитанные по ежесекундным наблюдениям ГНСС-приемника в гг. Казань и по измерениям сети всемирной службы IGS GNSS 2000-2016 гг. Приземное влагосодержание оценивалось по данным метеопараметров за 1966-2015 гг. [3].
Показано что временные ряды парциального давления водяного пара и интегрального влагосодержания коррелируют очень сильно во всех исследованных пунктах. Среднемноголетние величины влагосодержания на территории Европы меняются от 2 до 8 мбар в зависимости от широты, что связанно как с притоком солнечной радиации, так и с влиянием влажных воздушных масс. Фурье анализ 50 - летних рядов среднегодовых значений приземного влагосодержания с предварительно исключенными линейными трендами выявил, что в спектрах присутствуют квазипериодические процессы с временными масштабами 4-5 лет, 10 лет, 20 лет, характерные для всей территории.
В спектрах синоптических вариаций интегрального влагосодержания присутствуют значимые моды с временными масштабами 3-4, 7-10, 11-14, 20-30 и 40-45 суток. Вейвлет анализ рядов интегрального влагосодержания атмосферы за 2009-2015гг. показал, что интенсивность синоптических и мезомасштабных вариаций для всех исследуемых параметров модулируется гармониками годового хода, причем максимум изменчивости наблюдается в летний период. Обнаружено, что в исследуемых временных рядах преобладают волновые вариации с периодами от 3 до 10 суток, Более редкими, но более мощными, являются вариации с периодами от 15 до 45 суток. Основной вклад в дисперсию вариаций интегрального влагосодержания дают сезонные вариации, он составляет 60-70 %. Мезомасштабные процессы дают 7-17 % в дисперсии влагосодержания. Синоптические процессы составляют 17-27%. Линейный тренд дает менее 1% вклада в общую дисперсию изменчивости интегрального влагосодержания атмосферы на территории Европы.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 17-05-00863).