Возмущения от крупных тропических циклонов, совместно регистрируемые в общем содержании озона и в ионосфере

Процессы, происходящие в околоземном космическом пространстве и нижней атмосфере Земли влияют на состояние верхней атмосферы. Различные геофизические явления в нижней атмосфере, такие как тайфуны и циклоны, землетрясения и др., происходят с выделением большого количества энергии. Излишки энергии выносят из области возмущения внутренние и акустико-гравитационные волны, которые в ряде случаев не только оказывают влияние на колебания общего содержания озона (далее – ОСО) и вертикального распределения озона (далее – ВРО) на высотах стратосферы, но и передают возмущение выше, на высоты ионосферы. В данной области волновые возмущения могут распространяться в горизонтальных направлениях на тысячи километров, проявляясь как перемещающиеся ионосферные возмущения (ПИВ).
В этой связи актуально изучение и верификация способов передачи влияния атмосферно-литосферных процессов на ионосферные высоты, а также анализ возмущений в атмосферных слоях, вызываемых распространяющимися волнами. Например, в качестве источника акустико-гравитационных и внутренних гравитационных волн могут выступать тропические циклоны (ТЦ) в ходе своего развития. Однако процесс передачи возмущений на указанные высоты еще изучен не полностью. В качестве возможных механизмов рассматривают обычно несколько процессов. Так, ионосферный отклик на динамические процессы в нижней атмосфере может быть связан с акустико-гравитационными волнами (АГВ), включающими ВГВ и акустические колебания, разделённые частотой Брендта-Вяйсяля (Zakharov et al., 2019), (Zakharov, Khamidullin, 2019). Такой отклик связан с генерацией атмосферной турбулентностью АГВ, которые распространяются до ионосферных высот. Так, в статье (Hung, Kuo, 1978) были отмечены косвенные проявления ВГВ по данным ионосферных наблюдений. Также отметим, что доказано возбуждение периодических колебаний ОСО и ВРО под действием внутренних гравитационных волн, генерируемых развивающимся ТЦ (Нерушев, 2003).
В нашей работе для анализа характерных частот излучаемых ТЦ волн была использована методика, подробно изложенная в (Drobyazko, Krasil’nikov, 1985) и впоследствии применённая в (Chernogor, 2006). Анализ возмущений озонового слоя проводился с применением данных, полученных от спектрорадиометра AIRS, установленного на борту спутника Aqua (https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni//). Полученные результаты соответствуют характерным особенностям, указанным в (Нерушев, 2003) и заключаются в значительном понижении ОСО по отношению к соседним зонам вокруг исследуемых тропических циклонов. Дополнительно, данные позволяют отметить наличие обширной области пониженных значений ОСО, которая тянется вслед за метеорологическим фронтом, выходящим из данного циклона.
Одновременно, c помощью методики (Zakharov et al., 2019), (Zakharov, Khamidullin, 2019) были выделены возмущения электронной концентрации, наблюдаемые по данным спутниковой миссии SWARM в ионосфере. Полная длительность всех изученных ТЦ 5-й категории в 2014г. составляет 48 суток. Во время этого периода было зарегистрировано свыше 620 витков SWARM, из которых 23% пришлось на проекцию области действия шторма в ионосфере. Полная длительность ТЦ 4-й категории составила 62 дня, в течение которых насчитывается 810 витков SWARM, из которых лишь 12% попадает в область шторма в силу заметного снижения интенсивности действия циклона. Волновые возмущения были зарегистрированы более чем в 60% случаев, для времени, когда действовали ТЦ 5-й категории. Для ТЦ 4-й категории волновые возмущения были выделены менее чем в 50% случаев. Анализ показывает большую вероятность выделения волновых структур в утренние и дневные часы. Для ионосферных высот оценка областей возмущения составляет сотни километров (Zakharov, Sigachev, 2021).
Проведенный нами дополнительный анализ топологии пространственных аномалий общего содержания озонового слоя (как области промежуточного уровня распространения возмущений) по данным (https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni//) и ионосферных возмущений (Zakharov, Sigachev, 2021) позволил связать возмущения в озоновом слое с вариациями электронной концентрации. Указанные явления можно рассматривать как результат воздействия акусто-гравитационных волн, распространяющихся от ТЦ и действующих на высоте как озонового слоя, так и на ионосферных высотах, причем проявления влияния ТЦ на оба высотных уровня зарегистрированы совместно экспериментально.