Определение параметров внутренних гравитационных волн по результатам обработки и анализа радиозатменных измерений спутниковых миссий CHAMP и COSMIC-1 в нижней стратосфере Земли

Ранее нами был разработан SWA-метод (saturated wave assumption), который может быть использован для идентификации узкоспектральных волновых событий и восстановления характеристик внутренних гравитационных волн (ВГВ) на основе анализа индивидуального вертикального профиля температуры, плотности или квадрата частоты плавучести (Брента-Вяйсяля) в атмосфере планеты [1–4]. Сформулирован и обоснован пороговый дискриминационный критерий для ВГВ при выполнении которого анализируемые флуктуации могут рассматриваться как волновые проявления. Разработанный SWA-метод использует анализ реальной волновой амплитуды, найденной из высотного профиля температуры или плотности, а также концепцию линейной теории волн, предполагающую ограничение амплитуды ВГВ пороговыми значениями вследствие сдвиговой (динамической) неустойчивости ветра в атмосфере планеты. Когда волновая амплитуда достигает порога сдвиговой неустойчивости по мере распространения волны вверх, возникают турбулентность и диссипация энергии ВГВ, при этом амплитуда волны остается на уровне порога неустойчивости. В этом случае имеет место насыщение амплитуды внутренней гравитационной волны. Применение SWA-метода для анализа радиозатменных данных о температуре дало нам возможность впервые обнаружить узкоспектральные волновые события в атмосферах Земли, Венеры и Марса, а также реконструировать ключевые параметры идентифицированных ВГВ, включая собственную частоту, вертикальные потоки волновой энергии и горизонтального импульса [1–5]. Данные численного моделирования и анализ независимых радарных и радиозондовых измерений в атмосфере Земли доказали высокую эффективность разработанного SWA-метода и достоверность полученных результатов [6].
Мы применили указанный метод к анализу радиозатменных измерений спутниковых миссий CHAMP и COSMIC-1, что позволило идентифицировать волновые события в высокоширотной атмосфере Земли и реконструировать ключевые характеристики для обнаруженных волн. Проведен глобальный анализ активности ВГВ в полярных и приполярных районах атмосферы Земли, расположенных на широтах более ~60°. Для этого нами были использованы радиозатменные данные о температуре (Level 2) миссии COSMIC-1, собранные за почти трехлетний период с июля 2006 по март 2009 года. Ежедневное проведение около 2000 радиозатменных экспериментов, что на порядок больше их числа для предыдущих миссий, обеспечило такую плотность данных, которая дает возможность изучить глобальную морфологию активности ВГВ в полярной и приполярной стратосфере Земли с высоким пространственным разрешением. Определены и проанализированы сезонные распределения плотности потенциальной энергии ВГВ (индикатор волновой активности) в районах нижней стратосферы (интервал высот от 15 до 35 км) Арктики и Антарктики.
Работа выполнена в рамках государственного задания Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.