Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Долготные вариации солнечного полусуточного прилива в атмосфере

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Долготные вариации солнечного полусуточного прилива в атмосфере"

Су

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СИВКОВ АНАТОЛИИ МИХАЙЛОВИЧ •

ДОЛГОТНЫЕ ВАРИАЦИИ СОЛНЕЧНОГО ПОЛУСУТОЧНОГО ПРИЛИВА В АТМОСФЕРЕ

04.00.22 - геофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санят-Петерйург 1991

Работа выполнена на кафедре физихи атмосферы физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук Г. И. Швед.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор А.И.Ивановский; кандидат физико-ыатематичео-ких наук О.В.Кайдалов.

Ведущая организация - Сибирский институт земного магнетизма и распространения радиоволн.

Заяита состоится "_"_ 1992 г. в_часов

на заседании специализированного совета К 024.08.01 в Центральной аэрологической обсерватории по адресу: 1417.00, Московская обл., г.Долгопрудный, ул.Первомайская, д.Э.

С диссертацией моето ознакомиться в библиотеке Центральной аэрологической обсерватории.

Автореферат разослан "_" ' 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат географических наук

Т.В.Трутко

ШУбиШ'А

Ш- .С'" ' .

в'

¡а. • '"Ц

-там Л

шссертацда.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТА.

Тема работы. Диссертация посвящена теоретическому исследованию долготных вариаций солнечного полусуточного прилива в атмосфере.

Можно предполагать две калественно разные причины, вызывающие зависимость амплитуды и фазы проливных колебаний от долготы: ' *

а) незональность теплового источника прилива, связанную

с долготными вариациями озона и водяного пара;

б) незональность фонового состояния атмосферы, влияющего

на распространение приливных волн.

В этой работе акцент сделан на изучение первой причины. Вторая причина затронута частично,

Цельр диссертации является:

1) расчёт незонального теплового источника полусуточного прилива на основе климатических данных о незональности распределений озона и водяного пара;

2) расчёт кодовой структуры и долготных вари,ций прилива в приземном слое и в нижней термосфере;

3) объяснение некоторых наблюдаемых особенностей полусуточно!^ прилива: в частности, аномального усиления моды 0,2 ,

Актуальность работы определяется большим интересом к незональности структурных параметров атмосферы вообще и прилива как важной составляющей ветрового режима на больших высотах в частности. В последнее время усилилось внимание

исследователей к нелинейным взаимодействии прилива и среднего потока. Именно кезокальность прилива, приобретённая в низхнеЛ и средней атмосфере, перенесённая приливом вверх, • может внести за счёт нелинейного взаимодействия определённый вклад в незональность среднего потока в термосфере.

Научная новизна. Новыми результатам является:

1) расчёт незонального теплового источника приливных колебаний, являющегося основой для оценок долготного эффекта в приливе;

2) расчёт достаточно обширного набора немигрирующих мод полусуточного прилива;

3) оценка долготных вариаций полусуточного прилива.

Апробация и публикации. Основные результаты диссертации докладывались на Втором Международном Симпозиуме ГЛОБМЕТ ( Казань, II - 16 иоля 1988 г. ), на Международном симпозиуме по результатам исследований средней атмосферы ( Душанбе, 12-19 ноября 1989 г. ), на Генеральной Ассамблее Международного Геофизического и Геодезического Союза С Вена, август 1991 г. ) и опубликовены в работах /1-4/.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заклвчения и дополнения. Общий объём диссертации составляет 116 страниц машинописного текста, в том числе 37 рисунков, 5 таблиц и библиография, включавшая 63 назва-. ния.

2. СОДЕРЖАНИЕ РЛЕСТИ.

Во введении описана тема диссертации, приведено еэ обоснование. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, отмечено, в чём состоит научная новизна работы.

В главе I сделан обзор состояния проблемы долготных

»»

вариаций полусуточного прилива.

В §1 рассмотрены экспериментальные, а а §2 - теоретические работы на эту тему. Очерчивается область требующихся исследований.

В главе 2 описана математическая модель прилива, построенная в классических приближениях.

В линеаризованной модели долготная вариация прилива представляется как результат налож ния различных приливных мод -- волн простейшего типа - среда которых присутствуй моды с фазовыми скоростями, не совпадающими со скоростью движения солнца ("немигрирувщие" моды),

В ¿1 приведены уравнения для приливных колебаний, описана процедура разделения переменных, приводящая к уравненир горизонтальной структуры прилива и к уравнений его вертикальной структуры.

В §2 описана методика решения уравнения горизонтальной структуры приливных мод. Метод решения уравнения вертикальной структуры описан в §3.

Параграф 4 поясняет общую схему решения приливной задачи.

Глава 3 посвящена незональному термическому источнику прилива.

В §1 описывается методика расчёта скорости солнечного

нагревания за счёт поглощения излучения гзоной.

Не зональная модель среднемесячного пространственного распределения озона изложена в §2. В этой модели от подстилающей поверхности до уровня 3 мб использованы данные озоно-зондовых измерений. Выпе уровня 3 мб за основу приняты спутниковые наблюдения.

В долготные вариации скорости притока тепла определённый вклад вносят также вариации излучения, отраженного тропосферой и подстилавшей поверхностей. Методика учёта географических и сезонных вариаций альбедо тропосферы и подстилающей поверхности описана в §3.

Скорость солнечного притока тепла, вычисленная с дискретными шагами по времени и пространственным координатам, подвергалась разложению в гармонические ряды по времени и долготе и в ряды по функциям Хафа по широте.

В обсуждается полученные вертикальные профили Хаф-ком-понент источника и соотношения между мигрирующими и некигри-рующиии компонентами источника прилива.

В ¿5 описывается расчёт скорости солнечного нагревания за счёт поглощения излучения водяным паром, а в §б обсуждаются характеристики Хаф-компонент этой части приливного источника.

В главе 4 приведены результаты расчётов полусуточных колебаний приземного атмосферного давления, проводившийся с источником, описанным в главе 3.

В §1 приводятся данные для мигрирующих мод, которые сравниваются как с результатами наблюдений,так и с расчётами

других авторов.

В §2 представлены результаты расчётов амплитуд немигрирующих мод. Обсуждаются дополнительные типы приливь-х источников, локализованных в тропосфере, учёт которых мог бы улучшить соответствие рассчитанных и наблюдаемых в приземном слое амплитуд немигрирупщих мод.

§3 посвящен анализу причин преобладания моды (0,2) -симметричного стоячего колебания - среди других немигриру-вщих мод полусуточного приземного прилива, которое отмечено и в наблпдениях и в расчётах. С помощью экспериментов на стилизованных температурных профилях показано, что усиление этой моды не носит общего резонансного характера, а присутствует только в приземной области и связано с наличием приземной зоны захвата эчергии.

Глава 5 посвящена расчётам полусуточного прилива в нижней термосфере для незонального источнйка, описанного в главе 3. /

В §1 обсуждается модовая структура прилива и её сезонные особенности. Сопоставтены отдельные вклады озона и водяного пара. Для мигрирующих под основнуи роль играет поглощение излучения озоном. Для немигрирувщих же мод вклады озона и водяного пара приблизительно равны.

В §2 описаны характеристики среднозонального прилива, полученного сложением только мигрирующих мод. Сравнение рассчитанных и достаточно подробно представленных в наблпдениях широтных профилей среднезонального прилива служит • известной.верификацией модели, В этом параграфе также об-.суждаются сезонные особенности зависимости фазы прилива от

высоты. На идеализированно!! простой схеме показано, что сезонная смена симметрии теплового источника может служить причиной бимодального поведения фазы прилива.

В §3 представлены результаты расчёта долготных вариаций термосферного прилива, полученных сложением всех приливных мод, включая эмигрирующие. Максимальная величина вариаций амплитуды колебаний приливного ветра может доходить на высоте 95 км до 10 ы/сек, что вполне сопоставимо со среднезо-нальннм значением амплитуды полусуточного прилива. Максимальная величина долготных вариаций прилива в северном и в южном полушариях существенно различна для всех сезонов. С помощью численных экспериментов исследуется источник этой асимметрии относительно экватора.

В заключении формулируются основные результаты диссертации . -

В дополнение вынесена оценка вклада в долготные вариации прилива незональности фоновой температуры и давления. Расчёт проводился в рамках линеаризованной модели путём учёта возмущений второго порядка. Обнаружено, что, по крайней мере, для солнцестояний долготные вариации прилива, связанные с незональноотью фоновой атмосферы, не уступают по величине вариациям прилива, связанным с незональноотью источника.

л*

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ."

I. Незональность распределений озона и водяного пара приводит к существенным долготным вариациям полусуточного

прилива в нижней термосфере: максимальные долготные вариации среднемесячной амплитуды зональной и меридиональной компонент ветра на высоте 95 км имеют характерные значения порядка 2 м/сек, но могут доходить до 10 м/сек, максимальные долготные вариации фазы принадлежат на средних широтах диапазону 0,2 - 1,5 час, причём значения вблизи нижнего предела реализуются чаще.

2. Обусловленные термическим источником долготные вариации прилива в нижней термосфере имеют значительную асимметрию: независимо от сезона максимальная величина долготных вариаций в южном полушарии больше, чем в северном.

3. Сезонные особенности з&висикости фази прилива от высоты, полученные на основе новой модели источника, являются доводом в пользу предположения, что так называемая бимодаль-ность прилива, наблюдаемая в нижней термосфере, связана с сезонными изменениями в тепловом источнике прилива.

4. Суточный ход нагревания атмосферы за счет поглощения солнечного излучения озонон и водяным паром не объясняет больную амплитуду нитрирующих и неыигрирупщих мод в колебаниях приземного давления.

5. В определённой степени приземное усиление немигриру-сщей йоды (0,2) полусуточного прилива связано с захватом энергии колебаний в приземной области.

Полученные в диссертации основные результаты отражены в следующих опубликованных работах: '

- ю -

1. Сивков A.M., Сивкова Г.Н. О вычислении функций Хефа полусуточного прилива. - Нелинейные колебания и теория управления: Сб.науч.тр., Ижевск, 1989, с.65-57.

2. Сивков A.M., Швед Г.М. Долготные вариации солнечного полусуточного прилива в нижней термосфере, обусловленные незо-нальностьо полей температуры и давления. - Геомагнетизм и аэрономия, 1990, т.ЗО, 1£2, с.297-302.

3. Сивков A.M. О моде (0,2) в полусуточных колебаниях приземного давления. - Изв. АН СССР, §А0, 1990, т.26, 164,

с.430-431.

4. Сивков A.M., Швед Г.М. Влияние широтного и долготного распределений озона и водяного пара на солнечный полусуточный прилив. - ВИНИТИ, Per.» 6467-В90. Деп.