Повторный анализ радиозатменных измерений спутника Magellan для определения характеристик внутренних волн в атмосфере Венеры

Нами был разработан метод идентификации дискретных (узкоспектральных) волновых событий и восстановления характеристик внутренних гравитационных волн (ВГВ), используя анализ индивидуального высотного профиля температуры, плотности или квадрата частоты Брента-Вяйсяля в атмосферах планет земной группы [1–3]. Известно, что радиационный демпинг (затухание) в атмосфере Венеры на высотах более ~65 км является основным процессом диссипации ВГВ с вертикальной длиной волны < 4 км, и этот подход был ранее использован Хинсоном и Дженкинсом [4] для волнового анализа радиозатменных данных Magellan о температуре и интенсивности сигнала. В качестве исходных данных для повторного анализа внутренних волн в атмосфере Венеры мы использовали профили возмущений температуры с длиной волны < 4 км, которые были определены Хинсоном и Дженкинсом в результате высокочастотной фильтрации. Анализируемые данные о температуре были получены из радиозатменных измерений Magellan 5–6 октября 1991 года на трех последовательных витках (номера орбит 3212–3214).
Оценка собственной частоты (измеряемой в системе отсчета движущейся со скоростью невозмущенного потока) внутренней волны, приведенная Хинсоном и Дженкинсом в работе [4], основана на предположении, что ослабление волновой амплитуды с высотой на уровнях более ~65 км обусловлено радиационным демпингом. С этой целью они анализировали осцилляции температуры, наблюдаемые в радиозатменных профилях спутника Magellan в интервале высот от ~65 до ~90 км. Наш SWA-метод (saturated wave assumption) использует только характеристики локальной аномалии температуры, которая обусловлена монохроматической ВГВ и наблюдается на высоте ~65 км. Указанными характеристиками являются: амплитуда возмущений температуры ~4 K, вертикальная длина волновых возмущений ~2.5 км, величина фоновой температуры ~230 K и значение фоновой частоты Брента-Вяйсяля (плавучести) ~0.021 рад/с. Эти величины были определены Хинсоном и Дженкинсом в работе [4] и они являются исходными данными для нашего повторного анализа. На основе проведенного реанализа мы восстановили значения относительной волновой амплитуды и других параметров идентифицированной ВГВ. Таким образом, в нашем случае получение локальных оценок не требует анализа флуктуаций температуры в полном высотном интервале ~65–90 км.
Сравнение наших результатов с аналогичными данными, которые получены в работе [4], демонстрирует существенные различия. Наша оценка собственной горизонтальной фазовой скорости ~11.8 м/с и амплитуды возмущений скорости ветра ~9.9 м/с в 1.4 раза больше соответствующих оценок ~8.5 м/с и ~7.0 м/с, восстановленных в [4]. Мы видим, что указанные оценки, найденные двумя независимыми методами, отличаются друг от друга на ~28% и ~29%, соответственно. Значение горизонтальной длины волны, полученное нами SWA-методом (~1895 км), примерно в 7 раз превышает соответствующее значение ~270 км, восстановленное Хинсоном и Дженкинсом [4]. Одной из причин наблюдаемых различий являются систематические погрешности используемых методов. Хинсон и Дженкинс [4] указывают, что возможная погрешность их метода составляет ~50% [4, стр. 322]. Мы полагаем, что следующие предположения, используемые в работе [4] (см. стр. 319, левая колонка), могут быть причиной значительных систематических погрешностей восстановления параметров ВГВ:
1. “Волновая амплитуда недостаточна, чтобы вызвать конвективную неустойчивость, которая является альтернативным механизмом затухания”.
2. “Аналогично, сдвиговая неустойчивость ветра вряд ли может быть причиной наблюдаемого затухания, поскольку волновая амплитуда, по-видимому, также недостаточна для запуска указанного эффекта”.
Кроме того, авторы HJ-статьи [4, стр. 320, правая колонка] использовали упрощенное дисперсионное соотношение для ВГВ с промежуточными собственными частотами, в котором заранее исключаются низкочастотные внутренние волны.
Таким образом, наблюдаемые большие различия между параметрами внутренних волн, восстановленными двумя независимыми методами, могут быть связаны с ошибочными предположениями и значительными систематическими погрешностям используемых методов. Существует простое возможное объяснение, позволяющее согласовать результаты, найденные двумя независимыми методами. Данные, полученные в работе [4], могут свидетельствовать о том, что анализируемая внутренняя волна является ненасыщенной. Значения пороговой амплитуды и степени насыщения, рассчитанные на основе данных [4], составляют ~0.99 и ~83%, соответственно. Если погрешности метода позволяют считать эти оценки достоверными, то предположение о насыщении амплитуды внутренней волны может не выполняться в данном случае. В работе проведен анализ и сравнение результатов, полученных двумя независимыми методами.
Работа выполнена в рамках государственного задания.