О характеристиках атмосферных волн (по данным оптического сканера цвета океана)

Атмосферные гравитационные волны (АГВ) за счет связанной с ними изменчивости напряжения трения ветра модулирует шероховатость морской поверхности (1), и создают сигнатуры, обуславливая изменения яркости моря (remote sensing reflectance Rrs). Rrs определяется как отношение значений радиации, выходящей из-под поверхности на границе раздела океан – атмосфера, к радиации, падающей на поверхность океана. Изменения Rrs фиксируются сканерами цвета океана, установленными на космических носителях. Сигнатуры на изображениях Rrs проявляются в виде контрастных полос, отображающих гребни и впадины АГВ. При высоком содержании влаги в воздухе, когда гребни АГВ достигают высоты уровня конденсации, они могут проявляться в небе в виде облачных полос.
Нами были изучены некоторые характерные виды проявлений АГВ на морской поверхности с использованием данных Rrs (2), полученных с помощью сканера цвета океана SeaWiFS, установленном на спутнике OrbView-2. Сканер SeaWiFS функционировал с августа 1997 г. по декабрь 2010 г. Данные сканера уровня L2 (после атмосферной коррекции) c разрешением 1,13 км (Local Area Coverage или LAC данные) доступны в архиве на сайте https://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov. Оптические датчики сканера SeaWiFS были наклонены с целью исключения солнечной засветки, что позволяло получать большое количество «доброкачественных» пикселов изображения, в отличие от сканеров типа MODIS. В архиве SeaWiFS за один день пролетов имеется около 10 файлов, причем данные одного файла могут соответствовать изображению размером от -90о до 90о по широте и долготе. Для поиска сигнатур АГВ по изображениям, свободным от облаков, необходимо вырезать и затем увеличивать для просмотра необходимые площадки. За день пролетов SeaWiFS реально найти несколько изображений сигнатур крупномасштабных АГВ, что говорит об универсальном характере их проявлений в океане.
Было исследовано несколько десятков таких сигнатур АГВ. Наиболее четко они проявились на изображениях Rrs в коротковолновом диапазоне. Сигнатуры АГВ имели длину волны в десятки километров и длину гребня в сотни километров. Форма сигнатур была чаще всего дугообразной или линейной. Согласно расположению сигнатур, распространение крупномасштабных АГВ шло в основном в широтном направлении, хотя часто имело и небольшую меридиональную составляющую. Продолжительность проявления сигнатур с мелкомасштабными вариациями в одном географическом месте могло составлять несколько дней. Для одних и тех же географических областей, где были обнаружены сигнатуры АГВ, они отличались от сигнатур внутренних волн (ВВ), выходящих на поверхность, тем, что длина волны последних не превышала единиц километров, и они распространялись преимущественно к берегу, как это следует из Атласа ВВ, обнаруженных с космических носителей (3). Для случаев перемежающейся облачности выявлено, что АГВ могли одновременно проявляться как в облачном слое, так и на морской поверхности. При этом гребни АГВ, отображающиеся в виде полос в облачном слое, имели продолжение в виде впадин АГВ на поверхности моря, и являлись в тоже время гребнями морских волн, индуцированных АГВ. Для исследования вертикальной структуры сигнатур АГВ был использован параметр z90, представляющий собой глубину проникновения света в море и являющийся величиной, обратно пропорциональной коэффициенту диффузного ослабления света Kd. Показано, что на разрезах, проведенных перпендикулярно волновому фронту, z90 демонстрировал горизонтальную нелинейность, проявляющуюся в более острых передних фронтах и более пологих задних фронтах. Термодинамические диаграммы, полученные по данным радиозондирования верхнего слоя атмосферы на метеостанциях, находящихся вблизи областей, где примерно в это же время были обнаружены сигнатуры АГВ, показали, что в вертикальных профилях температуры воздуха Т имелись инверсии величиной в единицы градусов, находящиеся на высоте 1 – 2 км, и высокий вертикальный градиент Т ниже уровня инверсий. Этот температурный градиент действовал как волновод, удерживающий АГВ, которые в свою очередь модулировали морскую поверхность, создавая на ней сигнатуры.

Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FMWE-2024-0015 для ИО РАН).