Изучение внутренних гравитационных волн по радиозатменным данным о температуре в атмосфере Венеры

Волновые процессы оказывают значительное влияние на циркуляцию, химический состав, тепловой режим и изменчивость атмосфер планет земной группы. Внутренние гравитационные волны (ВГВ) это распространяющиеся в атмосфере волны, для которых выталкивающая сила Архимеда является восстанавливающей силой. Важная роль внутренних волн, в первую очередь, связана с обеспечением ими эффективного механизма переноса энергии и горизонтального импульса из нижних уровней атмосферы на верхние уровни. Источником генерации ВГВ в атмосфере могут являться: тепловые контрасты вблизи поверхности, вертикальные смещения атмосферы вследствие потоков над топографией, сдвиговая неустойчивость фонового ветра, конвекция и фронтальные процессы. В атмосфере Земли, в отсутствие диссипации энергии, амплитуда волновых возмущений скорости ветра или температуры растет примерно экспоненциально с увеличением высоты и поэтому возмущения с малой амплитудой вблизи поверхности могут производить значительные эффекты на больших высотах, где происходит обрушение волн и передача энергии и горизонтального импульса ВГВ в невозмущенный поток. Поскольку ВГВ являются характерной особенностью устойчиво стратифицированной атмосферы [1–3], то аналогичные эффекты можно ожидать и в атмосферах Марса и Венеры [4–6]. Полагают, что внутренние волны могут играть более важную роль в формировании циркуляции, теплового режима и структуры атмосферы на Марсе, чем на Земле, так как во многих случаях амплитуды ВГВ в атмосфере Марса оказываются существенно больше своих земных аналогов. Распространение внутренних гравитационных волн вызывает значительную модуляцию атмосферной стабильности, что приводит к появлению перемежающихся слоев турбулентности, а также к возникновению сдвиговой и конвективной неустойчивости в атмосфере Марса [4].
Ранее нами был разработан метод SWA-метод (saturated wave assumption) идентификации узкоспектральных волновых событий и реконструкции волновых характеристик, а также сформулирован пороговый дискриминационный критерий для ВГВ при выполнении которого анализируемые флуктуации могут рассматриваться как волновые проявления [1–4]. Данный метод является универсальным в том смысле, что его можно использовать для анализа индивидуальных вертикальных профилей температуры или плотности, полученных любыми способами, как в атмосфере Земли, так и в атмосферах других планет. Применение SWA-метода к вертикальным профилям температуры, восстановленным из радиозатменных измерений спутника Magellan [5], дало возможность идентифицировать узкоспектральные волновые события в атмосфере Венеры и реконструировать ключевые характеристики ВГВ, такие как: собственная частота, амплитуды вертикальных и горизонтальных возмущений скорости ветра, вертикальная и горизонтальная длины волн, собственные вертикальная и горизонтальная фазовые скорости и другие [6]. Проведено сравнение полученных данных с результатами определения волновых параметров методом анализа радиационного демпинга возмущений [5]. Наблюдаемые отличия характеристик ВГВ, восстановленных двумя независимыми методами, могут быть связаны с ошибочными исходными предположениями авторов работы [5], что привело к существенным систематическим погрешностям используемого ими метода [6].
Работа выполнена в рамках государственного задания Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.