Климатическая спектральная модель волновой активности с временными масштабами планетарных волн среднеширотной мезосферы-нижней термосферы

Коротышкин, Дмитрий Викторович

Автореферат диссертации по теме "Климатическая спектральная модель волновой активности с временными масштабами планетарных волн среднеширотной мезосферы-нижней термосферы"

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА-ЛЕНИНА

-*г

На правах рукописи УДК 551.513.1

КОРОТЫШКИН ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ

КЛИМАТИЧЕСКАЯ СПЕКТРАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ВОЛНОВОЙ АКТИВНОСТИ С ВРЕМЕННЫМИ МАСШТАБАМИ ПЛАНЕТАРНЫХ ВОЛН СРЕДНЕШИРОТНОЙ МЕЗОСФЕРЫ - НИЖНЕЙ ТЕРМОСФЕРЫ

Специальность 25.00.29 — Физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Казань 2005

Работа выполнена в Казанском Государственном Университете им. В.И. Ульянова-Ленина

Научный руководитель:

Доктор физико-математических наук Фахрутдинова Антонина Николаевна

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук Белашов Василий Юрьевич

Доктор физико-математических наук Овчинников Марат Николаевич

Ведущая организация:

ГУ НПО «Тайфун» (г. Обнинск).

Защита диссертации состоится « 29 » декабря 2005 г. в 14.30 часов в ауд. 210 физического факультета на заседании диссертационного совета Д212.081.18 в Казанском Государственном Университете им. В.И. Ульянова-Ленина по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского Государственного Университета им. В.И. Ульянова-Ленина.

Автореферат разослан » ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

А.В. Карпов

¿666-4.

Мвб?

115351В

Актуальность темы

В настоящее время представляют значительный интерес исследования динамики региона мезосферы - нижней термосферы в связи с ее значительным влиянием на параметры верхних и нижних слоев атмосферы. На основе большого массива измерений ветрового режима создаются региональные и глобальные эмпирические и численные модели фоновой циркуляции и приливного ветра, сезонные закономерности которых ведут себя достаточно стабильно из года в год. Значительный интерес представляют вариации скорости ветра в поле преобладающего ветра с временными масштабами 2-30 суток (данные масштабы характерны для планетарных волн), исследование сезонных и высотных закономерностей которых весьма затруднено в связи с нестабильностью спектрального состава. Нестабильность частоты и амплитуды данных волновых процессов обусловлена изменчивостью фоновой циркуляции и температурного режима, а также нелинейным взаимодействием волн между собой. При создании моделей региональной и глобальной циркуляции необходимо иметь представление об ее изменчивости, которая в значительной степени обусловлена воздействием планетарных волн. Взаимосвязь различных атмосферных слоев происходит за счет распространения планетарных волн, их взаимодействия с фоновыми движениями и между собой, что в конечном итоге приводит к перераспределению энергии и горизонтального момента импульса по высоте, а также вызывает метеорологические эффекты в ионосфере. В связи с этим значительный интерес представляет определение характеристик волновых возмущений в поле преобладающего ветра с временными масштабами, характерными для планетарных волн, и установление их высотной и сезонной изменчивости.

Пель работы

Построение климатической спектральной модели волновой активности в поле зонального и меридионального преобладающего ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы с периодами 2-30 суток, включая высотно-сезонные закономерности. Определение характеристик вращения вектора скорости ветра.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1) Модернизация радиометеорного метода измерений скоростей ветра, позволяющая улучшить помехозащищенность ветровых наблюдений и повысить статистическую обеспеченность получаемых ветровых данных, с целью формирования длинных непрерывных экспериментальных рядов скоростей ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы;

2) Создание климатической спектральной модели интенсивности волновых возмущений с временными масштабами 2-30 суток среднепш-ротной мезосферы — нижней термосферы на базе ветровых измерений в 1986-2002 гг. для региона Казани (56° с.ш., 49° в.д.);

3) Проведение анализа созданной спектральной климатической модели и определение ее сезонных и высотных закономерностей;

4) Выделение ротационных эффектов вектора скорости преобладающего ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы, в том числе анализ спектров когерентности волновых процессов в поле зонального и меридионального преобладающего ветра и ротационных спектров плотности мощности волновых процессов с временными масштабами 2-30 суток, и установление их высотных и сезонных закономерностей.

Методы исследования.

Решение поставленных задач базируется на радиометеорных измерениях скоростей зонального и меридионального ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы, выполненных на метеорном радаре Казанского Университета, и на современных методах цифрового спектрального анализа, таких как авторегрессионное спектральное оценивание и вейвлет-

анализ, позволяющих значительно улучшить качество и надежность получаемых научных результатов.

Достоверность результатов и научных положений обусловлена высокой статистической обеспеченностью длительных радиометеорных измерений скорости ветра на высотах 80-100 км, охватывающие 18-ти летний временной интервал от 1986 года до 2004 года, а также высокоточным высотомером (среднеквадратичная погрешность оценки высот единичных измерений около 1 км), который используется на метеорном радаре Казанского Университета. Достоверность расчетов обусловлена выбором устойчивых и надежных методов спектрального анализа и хорошим согласованием результатов анализа измерений с имеющимися теоретическими и экспериментальными исследованиями волновой возмущенности в средней атмосфере.

На защиту выносятся положения

1) Автокорреляционный метод обнаружения пачки когерентных радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты в рамках выполненной модернизации радиометеорного метода измерений скоростей ветра. Метод позволил улучшить помехозащищенность ветровых наблюдений и повысить статистическую обеспеченность получаемых ветровых данных с целью формирования длинных непрерывных экспериментальных рядов скоростей ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы.

2) Созданная климатическая спектральная модель волновых возмущений с временными масштабами 2-30 суток среднеширотной мезосферы - нижней термосферы для региона Казани (56° с.ш., 49° в.д.);

3) Выявленные сезонные и высотные закономерности параметров разработанной климатической спектральной модели.

4) Закономерности вращения вектора скорости ветра, в т.ч. характерные фазовые сдвиги между волновыми возмущениями в поле зонального и меридионального ветра и параметры вращения вектора скорости ветра в

зависимости от временного масштаба возмущений (2-30 суток), высоты и сезона года. Научная новизна

1) Впервые построена климатическая спектральная модель волновых возмущений с периодами колебаний 2-30 суток на высотах 80-100 км для региона Казани (56° с.ш., 49° в.д.).

2) Выявлены новые закономерности высотных и сезонных вариаций интенсивности волновых процессов в зависимости от периода колебаний с высокой детализацией спектра в области больших периодов (15-30 суток).

3) Впервые на единой методологической основе определена высотная структура показателя степенной зависимости спектральной плотности мощности от периода волновых возмущений для областей спектра 2-7 суток и 10-30 суток в интервале высот 0-55 км и 80-100 км.

4) Получены новые высотные и сезонные закономерности для вращения вектора скорости ветра с периодами вращения от 2 до 30 суток на высотах среднеширотной мезосферы - нижней термосферы.

Научная значимость

Научная значимость заключается в установлении частотных, высотных и сезонных закономерностей интенсивности и фазы волновых процессов с периодами колебаний 2-30 суток и создании климатической спектральной модели интенсивности волновых возмущений и их ротационных закономерностей для среднеширотной мезосферы — нижней термосферы. Практическая полезность и реализация результатов работы

Созданная климатическая спектральная модель интенсивности волновых возмущений в поле зонального и меридионального ветра может быть использована при составлении глобальной модели волновой возму-щенности ветровых полей с масштабами 2-30 суток, а также может быть учтена при создании модели циркуляции атмосферы. Разработанный метод обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов используется при прове-

дении радиометеорных наблюдений за ветровым режимом на метеорном радаре Казанского Университета с 2003 года по настоящее время. Личный вклад автора

Автором разработан и внедрен метод обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты для обнаружения метеорных радиоэхо на метеорном радаре Казанского Университета с целью улучшения помехозащищенности радиометеорных наблюдений и увеличения статистической обеспеченности ветровых исследований мезосферы - нижней термосферы. Автор участвовал в проведении радиометеорных наблюдений на метеорном радаре КГУ в 2000-2004 гг. Выполнена калибровка фазовых измерений угловых координат по данным 1993-2002 гг. и на единой методологической основе сформированы ряды среднечасовых и среднесуточных скоростей преобладающего зонального и меридионального ветра на базе радиометеорных измерений в 1986-2004 гг. Им проведены исследования волновой возмущенности ветровых полей для высот мезосферы - нижней термосферы и построена эмпирическая спектральная климатическая модель волновой активности. Апробация работы

Основные результаты докладывались и были представлены: на трех международных симпозиумах "Atmospheric and Oceanic Optics. Atmospheric Physics" (Tomsk, 2002, 2003, 2004; в 2003 году доклад был отмечен дипломом Оргкомитета 10 Юбилейного Симпозиума «Оптика атмосферы. Физика атмосферы»); на конференции "Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы" (Москва, 2002); на двух 34-ой и 35-ой научных ассамблеях COSPAR (Houston, 2002; Paris, 2004); на IV Международной школе молодых ученых и специалистов «Физика окружающей среды» (Томск, 2004); на XXI Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (Йошкар-Ола, 2005); на III международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (Казань, 2005). Результаты исследований по теме диссертации были представлены

на конкурсах именных стипендий в 2003-2004 гг., были отмечены 1) именной стипендией Главы администрации г. Казани (2003 г.) и 2) Специальной стипендией Республики Татарстан (2004 г.). Исследования по теме диссертации поддержаны в 2002 и 2003 гг. грантами РФФИ по конкурсу MAC (гранты №№ 02-05-06149, 03-05-06316), Министерством образования Российской Федерации (грант № А03-2.13-513, 2003-2004 гг.), грант для государственной поддержки молодых ученых РТ № 07-3 (Г). В 2005 году был исполнителем гранта INTAS № 03-51-5380.

По материалам диссертации опубликовано 16 работ. Объем и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит 147 страниц текста, 35 рисунков, 7 таблиц и 121 библиографическую ссылку.

Во введении обосновывается актуальность исследований интенсивности волновых возмущений с временными масштабами, характерными для планетарных волн, и построения климатической спектральной модели интенсивности волновых возмущений с этими масштабами, представлены цель работы и задачи, научная новизна диссертационной работы, ее научная и практическая ценность, а также сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор литературы по вопросам динамики средней атмосферы. Представленный обзор работ по динамике средней атмосферы показывает актуальность исследований ветрового режима и изменчивости термодинамических параметров мезосферы - нижней термосферы с временными масштабами планетарных волн (2-30 суток), которые, несмотря на значительное количество работ, посвященных их исследованию, вызывают интерес и требуют дальнейших исследований. Актуальными проблемами являются построение климатических моделей интенсивности волновых возмущений в поле преобладающего ветра, исследование их высотной изменчивости для разных диапазонов временных масштабов. При этом особый ингерес вызывает взаимосвязанность волно-

вых возмущений в поле зонального и меридионального ветра на различных высотных уровнях мезосферы - нижней термосферы, поскольку экспериментальные исследования по данному вопросу практически отсутствуют.

Во второй главе представлены характеристики метеорного радара Казанского Университета и ряды скоростей ветра на высотах мезосферы -нижней термосферы. В рамках модернизации радиометеорного комплекса в 2002-2004 гг. в работе разработан автокорреляционный метод обнаружения метеорных радиоэхо, обладающий высокими вероятностными характеристиками обнаружения и адаптивным порогом срабатывания порогового устройства. Метеорный локатор Казанского Университета работает в когерентно-импульсном режиме [1]. Задача обнаружения метеорного радиоэхо сводится к классической задаче обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты. Разработанный автокорреляционный метод обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов использует адаптивный порог срабатывания порогового устройства. Порог срабатывания рассчитывается по формуле:

где <т2(/) - оценка дисперсии (мощности) шума на выходе приемного тракта, М - объем выборки, Л (а) - коэффициент, определяемый по критерию Неймана-Пирсона.

Оценка мощности шумового сигнала рассчитывается как разность полной выборочной дисперсии шумового сигнала и полезного сигнала (если таковой в выборке присутствует) и оценки дисперсии сигнальной компоненты по первому элементу автокорреляционной последовательности (АКП). Используя ограничения на полезный сигнал О0 • Тъ « 0 и 5т « 5т+1, где О0 - доплеровский сдвиг частоты, Т} - период зондирования, 5„ - амплитуда радиоимпульса, оценка мощности шума запишется как

¿Ц^-Яерг;]}.

Фигурные скобки {...} в этом выражения означают усреднение по множеству реализаций. В качестве статистики для обнаружения использована реальная часть первого элемента АКП:

где А = Ас + /А3 - комплексная амплитуда, составленная из квадратурных компонент на выходе синхронных детекторов. В качестве основных достоинств разработанного метода является: простота реализации; вероятностные характеристики обнаружения данным методом выше, чем у некогерентного накопителя; имеется возможность оптимального выбора порога срабатывания порогового устройства в условиях медленно меняющейся мощности шума на выходе приемнрго устройства.

В третьей главе представлены результаты исследований волновой активности с временными масштабами 2-30 суток на высотах мезосферы -нижней термосферы по данным измерений скоростей ветра для региона Казани (56 гр. с.ш., 49 гр. в.д.) на метеорном радаре Казанского Университета и их анализ. Разработана климатическая спектральная модель волновой активности с временными масштабами планетарных волн (2-30 суток) для региона Казани для четырех сезонов года с использованием интегральных вейвлет-спектров [2], построенных на базе вейвлет Морле. Интервал усреднения составил 16 лет с 1986 года по 2002 гг. В зависимости от нормировки для вейвлет-преобразования, результаты спектральной эмпирической модели следует трактовать как амплитудные (энергетические) спектры или как спектральную плотность мощности волновых процессов. Для примера, на рис. 1 представлены энергетические спектры зонального ([/) и меридионального (Р2) ветра для зимы и лета в зависимости от высоты в интервале 84-98 км с шагом 2 км. Для лучшего визуального представления энергетических спектров значения для каждой зависимости I? и V2 от Т смещены на (Ь-84)/2*5 м2/с2, где к — высота (в км). Анализ данных спектров показывает наличие характерных периодичностей, периоды которых

соответствуют периодам волн Россби. Проведены исследования частотных закономерностей данной модели в зависимости от высоты и сезона/месяца года. Обнаружена трансформация спектра при переходе от 2-4 суточных волновых возмущений летом к 10-27 суточным периодичностям зимой. Выявлены характерные временные масштабы волновых возмущений в зависимости от сезона на соответствующих высотах: 5 суток, 16 суток, 27 суток (80-90 км) зимой, 5 суток (90-100 км) и 16 суток (80-90 км) весной, 2 и 4 суток летом, 5 и 10 суток осенью.

Проведено исследование спектров плотности мощности волновых возмущений с масштабами 2-30 суток в 1986-2002 гг. в рамках понятия макротурбулентности [3,4]. Установлено, что спектры плотности мощности волновых возмущений на высотах 0-100 км имеют степенной характер. В области около 6-7 суток обнаруживается изменение показателя степени. Показатель степени для масштабов 2-7 суток варьируется в пределах от 0.5 до 2.8 в зависимости от высоты и сезона года.

Четвертая глава посвящена результатам исследований закономерностей вращения вектора скорости ветра с периодами 2-30 суток и их анализу. Для исследований составлены временные ряды скоростей ветра по формуле и+у'и. где и и и - скорость зонального и меридионального ветра соответственно. Результаты спектрального анализа таких временных рядов следует трактовать как ротационные спектры [5]. С использованием методики ротационных спектров обнаружены эффекты вращения вектора скорости ветра в поле приливного ветра (8-30 часов) и в поле преобладающего ветра (2-30 суток). Анализ интегральных ротационных вейвлет-спектров позволил определить общие частотные закономерности вращения вектора скорости ветра в 1986-2002 гг. и 2003-2004 гг. в зависимости от высоты и сезона года. На рис. 2 представлены примеры интегральных ротационных вейвлет-спектров для высотного уровня около 94 км для четырех сезонов года. Данные спектры представляют собой плотность мощности компонент вращения против часовой стрелки А1 и по часовой стрелке С2.

Рис. 1 Энергетические спектры для скорости ветра на 8 высотных уровнях в интервале высот 84-98 км (снизу вверх, шаг 2 км) по данным измерений 19862002 гг. в Казани: а) зональный ветер зимой; 6) меридиональный ветер зимой; в) зональный ветер летом; г) меридиональный ветер летом.

Преобладающее вращение определяется преобладанием соответствующей компоненты вращения А2 или С2. В случае равенства А2 и С2 вращение отсутствует, и наблюдаются колебания вдоль определенного азимутально-

го направления. Для сравнения компонент вращения А2 и С2 вводится параметр £ = знак которого характеризует преобладающее направление, а величина - отношение спектральных амплитуд вращения, т.е. степень эллиптичности вращения вектора скорости ветра. С использованием рассчитанного параметра 8 (для примера на рис. 3 представлен данный параметр в зависимости от периода волновых возмущений для высотного уровня 94 км для 4 сезонов года) определены основные частотные закономерности вращения вектора скорости. Установлено преимущественное вращение вектора скорости ветра по часовой стрелке для синоптических масштабов (2-7 суток) и против часовой стрелки для длинных и ультрадлинных волн (10-30 суток) с некоторой изменчивостью с высотой и сезоном года.

Период, сут.

Рис. 2. Срвднемноголетние ротационные спектры (спектральная плотность мощности) для интервала временных масштабов 2-30 суток по измерениям в 1986-2002 гг. для высотного уровня 94 км (сверху - 1986-2002 гг., снизу -2003-2004 гг.): а) зима, б) весна, в) лею, г) осень.

» б) - Л Ч /V

лЛ

2 3 4 6 9131827 2 3 4 6 9131827 2 3 4 6 9131827 2 3 4 6 9131827

Период, сут

-Казань (1986-2002 гг., 94 км)-Казань (2003-2004, 94 км)

Рис. 3. Зависимость параметра 5 от временного масштаба (периода) в среднем для 1986-2002 гг. и в среднем для2003-2004 гг. для высотного уровня 94 км для четырех сезонов года ■ а) зима, 6) весна, в) лето, г) осень.

В рамках исследования взаимосвязанности зональной и меридиональной компонент преобладающего ветра проведено исследование спектров когерентности и установлены наиболее вероятные фазовые сдвиги для характерных периодичностей волновых процессов: около 90° для 2-4 суток, около 45° для 5 суток с опережением меридиональной компоненты, для масштабов выше 5 суток наблюдается тенденция опережения зональной компоненты.

В заключении сформулированы основные выводы, полученные в данной диссертационной работе:

1) В рамках модернизации метеорного радара КГУ в 2002-2004 гг. для обнаружения метеорных радиоэхо разработан автокорреляционный метод обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов с неизвестным до-плеровским сдвигом частоты. В качестве основных достоинств данного подхода является: простота реализации; вероятностные характеристики обнаружения данным методом выше, чем у некогерентного накопителя; имеется возможность адаптивного выбора порога срабатывания порогового устройства в условиях медленно меняющейся мощности шума на выходе приемного устройства. Разработанный метод позволил улучшить помехозащищенность ветровых наблюдений и повысить статистическую обеспеченность ветровых измерений. С использованием этого метода

14

в 2003-2004 гг. получены длинные непрерывные экспериментальные ряды скоростей ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы.

2) Разработана спектральная климатическая модель волновой активности за 1б-ти летний период наблюдений (1986-2002 гг.) на высотах 80100 км. Созданная спектральная модель отображает высотную и сезонную структуру интенсивности волновых возмущений для диапазона периодов от 2 до 30 суток.

3) Обнаружена трансформация спектра при переходе от летнего сезона с преобладанием 2-4 суточных волновых возмущений к зимнему сезону с преобладанием 10-27 суточных периодичностей. Выявлены характерные. временные масштабы волновых возмущений в зависимости от сезона и высоты: 5 суток, 16 суток, 27 суток (80-90 км) зимой, 5 суток (90100 км) и 16 суток (80-90 км) весной, 2 и 4 суток летом, 5 и 10 суток осенью.

4) В рамках понятая макротурбулентности определен коэффициент наклона спектров мощности для высот мезосферы - нижней термосферы, обнаружено изменение коэффициента наклона спектров для синоптических масштабов (2-7 суток) со значениями коэффициента наклона от 0.5 до 1.8.

5) Обнаружена эллиптическая поляризация волновых процессов с масштабами (2-30 суток) на высотах мезосферы - нижней термосферы (80100 км) с наиболее выраженными изменениями высотной структуры зимой по сравнению с летом. Установлено преимущественное вращение вектора скорости ветра по часовой стрелке для синоптических масштабов (2-7 суток) и против часовой стрелки для длинных и ультрадлинных волн (10-30 суток). Для характерных временных масштабов волновых возмущений, близких по периоду к волнам Россби, замечена значимая когерентность на соответствующих интервалах высот: квази 2-х суточная волна (80-100 км), 4-7 суточные волны (80-90 км), квази 10-ти суточная волна (90-100 км), квази 16-ти суточная волна (80-100 км), и квази 27-суточная волна (80-90

км). Определены фазовые сдвиги зональной компоненты относительно меридиональной для характерных масштабов: около 90° для 2-4 суток, около 45° для 5 суток с опережением меридиональной компоненты, для масштабов выше 5 суток - наблюдается тенденция опережения зональной компоненты.

Список используемой литературы:

1. Измерение ветра на высотах 90-100 км наземными методами / Под ред. Портнягина Ю.И., Шпренгер К., Лысенко И.А. и др. - Л.: Гидро-метеоиздат, 1978. - 344 с.

2. Чуй Ч. К. Введение в вэйвлеты : Пер. с англ. / Ч. К. Чуй. - Москва: Мир, 2001.-412 с.

3. Тептин Г.М. Структура нижней термосферы / Г.М. Тептин. - Казань: Изд-во Каз. гос. ун-та, 1976. - 175 с.

4. Портнягин Ю.И. О макротурбулентности в области мезопаузы - нижней термосферы / Ю.И. Портнягин, Л.В. Светогорова // Физика атмосферы и океана. - 1986. - Т. 22, № 4. - С. 339-343.

5. Шакина Н.П. Гидродинамическая неустойчивость в атмосфере / Н.П. Шакина - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 309 с.

Список основных работ по теме диссертации.

1. Fahrutdinova A.N. Rotational spectra and wavelet analysis in the investigation of wave activity of vectorial wave fields in the earth atmosphere / A.N. Fahrutdinova, V.V. Guiyanov, D.V. Korotyshkin // Georesources International Journal of Science. - 2001. - V. 2, №. 5. - P. 10-13.

2. Волновая структура и энергетика крупномасштабных процессов в средней атмосфере / А.Н. Фахрутдинова, В.В. Гурьянов, Ю.П. Переведенцев, Д.В. Коротышкин // Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы: Материалы конференции. - Москва, МГУ. - 2002. - С. 110-111.

3. Fahrutdinova A.N. Structure of rotational spectra of vectorial wave fields in the middle atmosphere / A.N. Fahrutdinova, V.V. Guryanov, D.V. Koro-tyshkin // Proc. SPIE. - 2002. - V. 5027. - P. 250-259.

4. Fahrutdinova A. Rotational effects in the field of tidal wind of the mid-latitude MLT-region / A. Fahrutdinova, D. Korotyshkin, D. Fedorov // Advances in Space Research. - 2003. - V. 32, № 5. - P. 875-880.

5. Planetary waves activity and rotational effects in the mid-latitudes of the lower and middle atmosphere (0-100km) / A. Fahrutdinova, V. Guryanov, D. Korotyshkin et el. // Advances in Space Research. - 2003. - V. 32, № 5 -P 869-874.

6. Коротышкин Д.В. Высотная и временная изменчивость преобладающего ветра на высотах 0-100 км для региона Казани (56° с.ш., 49° в.д.) / Д.В. Коротышкин // Молодежь вузов г. Казани в решении актуальных проблем города: сб. материалов научно-практической конф. - Казань. -

2003.-С. 34-36.

7. Longitudinal variability of the zonal and meridional circulation and the intensity of planetary waves in the lower and the middle atmospheres1 A. Fahrutdinova, V. Guryanov, D. Korotyshkin et a!. // Advances in Space Research. -2003.- V. 32,1. 5.-P. 1759-1764.

8. Korotyshkin D.V. Interdependence of wave processes of zonal and meridian circulation of the middle atmosphere / D.V. Korotyshkin, A.N. Fahrutdinova // Proc. SPIE. - 2003. - V. 5397. - P. 244-251.

9. Коротышкин Д.В Обнаружение пачки радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты с использованием автокорреляционного подхода / Д.В. Коротышкин; Казанский гос. ун-т. - Казань. - 19 с. Деп. в ВИНИТИ 22.06.2004 № 1051-В2004.

10. Wind regime of the mesosphere — lower thermosphere of the Earth / A.N Fahrutdinova, D.V. Korotyshkin, A.M. Stepanov et al. // SPIE Proc. -

2004.-V. 5743, P. 514-521.

11. Korotyshkin D.V. Temporal and spatial rotational spectra of wind velocity variations with periods 2-40 days in lower and middle atmospheres of the earth / D.V. Korotyshkin, A.N. Fahrutdinova, V.V. Guryanov // SPIE Proc. -

2004. -V. 5743. - P. 522-527.

12. Korotyshkin D.V. Coherence of temporal variations (2-30 days) in the wind field of the midlatitude middle atmosphere of the earth / D.V. Korotyshkin, A.N. Fahrutdinova // SPIE Proc. - 2004. - V. 5743. - P. 528-535.

13. Коротышкин Д.В. Обнаружение пачки когерентных радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты / Д.В. Коротышкин // Сборник тезисов Юбилейной научной конференции Физического Факультета КГУ. - Казань. - 2004. - с. 128.

14. Коротышкин Д.В. Применение современных цифровых технологий для проведения и обработки радиометеорных измерений на метеорном радаре Казанского Университета / Д.В. Коротышкин, А.Н. Фахрутдинова // Физика окружающей среды: материалы IV Международной школы молодых ученых и специалистов. - Томск. - 2004. - С. 3-5.

15.Фахрутдинова А.Н. Радиометеорные измерения скоростей ветра на метеорном радаре Казанского Университета / А.Н. Фахрутдинова, Д.В. Коротышкин // Распространение радиоволн: сборник докладов XXI Всероссийской научной конференции. В 2-х т. - Йошкар-Ола, МарГУ. -

2005.-Т. 2.-С. 251-256.

16. Фахрутдинова А.Н. Ротационная структура волновых возмущений преобладающего ветра в среднеширотной мезосфере - нижней термосфере Земли / А.Н. Фахрутдинова, Д.В. Коротышкин // Фундаментальные проблемы физики: тезисы докладов Ш международной конференции. -Казань, КГУ. - 2005. - С. 185.

Отпечатано с готового оригинал-макета в ООО «АСТОРИЯ» 4201 И, г. Казань, ул. Пушкина, д. 29/34 тел. 260-44-40,260-16-36

Заказ № 184 от 28.11.2005 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсет 80 г. Печать ризографическая. Тираж 125 экз.

»25435

РНБ Русский фонд

2006-4 28065

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Коротышкин, Дмитрий Викторович

Введение.

4 Глава 1. Исследование волновых возмущений с временными масштабами планетарных волн на высотах средней атмосферы.

1.1. Введение.

1.2. Квази 2-суточная волна.

1.3. Волны с временными масштабами 5-7 суток.

1.4. Квази 16-суточная волна.

1.5. Ультра длинные (20-40 дней) волны.

1.6. Выводы.

Глава 2. Радиометеорный метод измерения скорости ветра и спектральные методы исследования ветровой изменчивости.

2.1. Радиометеорный метод исследования ветрового режима мезо-сферы — нижней термосферы.

2.2. Обнаружение когерентной пачки радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты с использованием автокорреляционного подхода.

2.2.1. Введение.

2.2.2. Обзор классических методов.

2.2.3. Автокорреляционный накопитель.

2.2.4. Оценка мощности шума и выбор оптимального порога.

2.2.5. Вероятностные характеристики обнаружения.

2.2.6. Флуктуации уровня шума приемного тракта метеорного радара

КГУ и выбор оптимального порога обнаружения.

2.2.7. Оценка доплеровского сдвига частоты методом Берга.

2.3. Измерение скорости ветра в 2002-2004 гг. Сравнение среднемесячных значений скорости зонального и меридионального ветра со среднемноголетним сезонным ходом.

2.4. Выводы.

Глава 3. Волновые возмущения в поле преобладающего ветра с временными масштабами планетарных волн.

3.1. Климатология волновой активности с временными масштабами планетарных волн (2-30 суток) в поле преобладающего ветра на высотах средней атмосферы.

3.1.1. Введение.

3.1.2. Климатология волновой активности в 1986-2002 гг. в интервале высот 80-100 км.

3.1.3. Внутригодовая изменчивость интенсивности волновых возмущений с масштабами планетарных волн в 2002-2004 гг.

3.1.4. Высотная и долготная изменчивость интенсивности волновых возмущений (периоды 2-30 суток) для регионов Казани, Колма и Саскатуна (1998-1999) для зимнего и летнего сезонов на высотах 0-100 км.

3.2. Климатическая спектральная модель волновых процессов с временными масштабами планетарных волн (2-30 суток)

3.2.1. Спектральная плотность мощности на базе интегрального вейвлет-преобразования.

3.2.2. Климатическая спектральная модель волновых процессов в интервале высот 80-100 км по измерениям 1986-2002 гг.

3.2.3. Спектр волновых возмущений на высотном уровне около 94 км в 2003-2004 гг.

3.2.4. Высотные профили СПМ в интервале 80-100 км по измерениям 1986-2002 гг. для колебаний с периодами волн Россби (2, 4, 5, 10, 16 суток) и 6.5 и 27 суточных волн.

3.2.5. Фаза максимума годового цикла интенсивности волновых процессов

3.2.6. Высотная изменчивость показателя степенной зависимости спектральной плотности мощности от периода волновых возмущений с периодами 2-30 суток в поле преобладающего ветра в интервале высот 0-100 км.

3.3. Выводы.

Глава 4. Поляризационные свойства волновых процессов на высотах мезосферы - нижней термосферы.

4.1. Введение.

4.2. Спектры когерентности между зональным и меридиональным ветром.

4.2.1. Вейвлет-спектр когерентности.

4.2.2. Вейвлет-спектр когерентности между волновыми процессами в поле зонального и меридионального ветра на высоте около 94 км по измерениям 2003-2004 гг. в Казани.

4.2.3. Вейвлет-спектры когерентности между волновыми процессами в поле зонального и меридионального ветра на высотах 84-98 км по измерениям 1986-2002 гг. в Казаки.

4.2.4. Высотная изменчивость когерентности волновых процессов на высотах 84-98 км.

4.2.5. Сезонная изменчивость фазы когерентности между волновыми процессами в поле зонального и меридионального ветра.

4.3. Ротационные спектры.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Климатическая спектральная модель волновой активности с временными масштабами планетарных волн среднеширотной мезосферы-нижней термосферы"

4.3.2. Ротационные эффекты в поле преобладающего и приливного ветра по измерениям скоростей ветра в мезосфере - нижней термосфере . 107

4.3.3. Высотные и частотные закономерности поляризации планетарных волн в мезосфере - нижней термосфере.114

4.4. Выводы.120

Заключение.122

Список литературы.124

Приложение.139

Введение

Актуальность темы

В настоящее время представляют значительный интерес исследования динамики региона мезосферы - нижней термосферы в связи с ее значительным влиянием на параметры верхних и нижних слоев атмосферы. На основе большого массива измерений ветрового режима создаются региональные и глобальные эмпирические и численные модели фоновой циркуляции и приливного ветра, сезонные закономерности которых ведут себя достаточно стабильно из года в год. Значительный интерес представляют вариации скорости ветра в поле преобладающего ветра с временными масштабами 2-30 суток (данные масштабы характерны для планетарных волн), исследование сезонных и высотных закономерностей которых весьма затруднено в связи с нестабильностью спектрального состава. Нестабильность частоты и амплитуды данных волновых процессов обусловлена изменчивостью фоновой циркуляции и температурного режима, а также нелинейным взаимодействием волн между собой. При создании моделей региональной и глобальной циркуляции необходимо иметь представление об ее изменчивости, которая в значительной степени обусловлена воздействием планетарных волн. Взаимосвязь различных атмосферных слоев происходит за счет распространения планетарных волн, их взаимодействия с фоновыми движениями и между собой, что в конечном итоге приводит к перераспределению энергии и горизонтального момента импульса по высоте, а также вызывает метеорологические эффекты в ионосфере. В связи с этим значительный интерес представляет определение характеристик волновых возмущений в поле преобладающего ветра с временными масштабами, характерными для планетарных волн, и установление их высотной и сезонной изменчивости.

Цель работы

Построение климатической спектральной модели волновой активности в поле зонального и меридионального преобладающего ветра на высотах мезосферы — нижней термосферы с периодами 2-30 суток, включая высот-но-сезонные закономерности. Определение характеристик вращения вектора скорости ветра.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1) Модернизация радиометеорного метода измерений скоростей ветра, позволяющая улучшить помехозащищенность ветровых наблюдений и повысить статистическую обеспеченность получаемых ветровых данных, с целью формирования длинных непрерывных экспериментальных рядов скоростей ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы;

2) Создание климатической спектральной модели интенсивности волновых возмущений с временными масштабами 2-30 суток среднеширотной мезосферы - нижней термосферы на базе ветровых измерений в 1986-2002 гг. для региона Казани (56° с.ш., 49° в.д.);

3) Проведение анализа созданной спектральной климатической модели и определение ее сезонных и высотных закономерностей;

4) Выделение ротационных эффектов вектора скорости преобладающего ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы, в том числе анализ спектров когерентности волновых процессов в поле зонального и меридионального преобладающего ветра и ротационных спектров плотности мощности волновых процессов с временными масштабами 2-30 суток, и установление их высотных и сезонных закономерностей.

Методы исследования.

Решение поставленных задач базируется на радиометеорных измерениях скоростей зонального и меридионального ветра на высотах мезосферы — нижней термосферы, выполненных на метеорном радаре Казанского Университета, и на современных методах цифрового спектрального анализа, таких как авторегрессионное спектральное оценивание и вейвлет-анализ, позволяющих значительно улучшить качество и надежность получаемых научных результатов.

Достоверность результатов и научных положений обусловлена высокой статистической обеспеченностью длительных радиометеорных измерений скорости ветра на высотах 80-100 км, охватывающие 18-ти летний временной интервал от 1986 года до 2004 года, а также высокоточным высотомером (среднеквадратичная погрешность оценки высот единичных измерений около 1 км), который используется на метеорном радаре Казанского Университета. Достоверность расчетов обусловлена выбором устойчивых и надежных методов спектрального анализа и хорошим согласованием результатов анализа измерений с имеющимися теоретическими и экспериментальными исследованиями волновой возмущенности в средней атмосфере. На защиту выносятся положения

1) Автокорреляционный метод обнаружения пачки когерентных радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты в рамках выполненной модернизации радиометеорного метода измерений скоростей ветра. Метод позволил улучшить помехозащищенность ветровых наблюдений и повысить статистическую обеспеченность получаемых ветровых данных с целью формирования длинных непрерывных экспериментальных рядов скоростей ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы.

2) Созданная климатическая спектральная модель волновых возмущений с временными масштабами 2-30 суток среднеширотной мезосферы -нижней термосферы для региона Казани (56° с.ш., 49° в.д.);

3) Выявленные сезонные и высотные закономерности параметров разработанной климатической спектральной модели.

4) Закономерности вращения вектора скорости ветра, в т.ч. характерные фазовые сдвиги между волновыми возмущениями в поле зонального и меридионального ветра и параметры вращения вектора скорости ветра в зависимости от временного масштаба возмущений (2-30 суток), высоты и сезона года.

Научная новизна

1) Впервые построена климатическая спектральная модель волновых возмущений с периодами колебаний 2-30 суток на высотах 80-100 км для региона Казани (56° с.ш., 49° в.д.).

2) Выявлены новые закономерности высотных и сезонных вариаций интенсивности волновых процессов в зависимости от периода колебаний с высокой детализацией спектра в области больших периодов (15-30 суток).

3) Впервые на единой методологической основе определена высотная структура показателя степенной зависимости спектральной плотности мощности от периода волновых возмущений для областей спектра 2-7 суток и 1030 суток в интервале высот 0-55 км и 80-100 км.

4) Получены новые высотные и сезонные закономерности для вращения вектора скорости ветра с периодами вращения от 2 до 30 суток на высотах среднеширотной мезосферы — нижней термосферы.

Научная значимость

Научная значимость заключается в установлении частотных, высотных и сезонных закономерностей интенсивности и фазы волновых процессов с периодами колебаний 2-30 суток и создании климатической спектральной модели интенсивности волновых возмущений и их ротационных закономерностей для среднеширотной мезосферы - нижней термосферы. Практическая полезность и реализация результатов работы

Созданная климатическая спектральная модель интенсивности волновых возмущений в поле зонального и меридионального ветра может быть использована при составлении глобальной модели волновой возмущенности ветровых полей с масштабами 2-30 суток, а также может быть учтена при создании модели циркуляции атмосферы. Разработанный метод обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов используется при проведении радиометеорных наблюдений за ветровым режимом на метеорном радаре Казанского Университета с 2003 года по настоящее время.

Личный вклад автора

Автором разработан и внедрен метод обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты для обнаружения метеорных радиоэхо на метеорном радаре Казанского Университета с целью улучшения помехозащищенности радиометеорных наблюдений и увеличения статистической обеспеченности ветровых исследований мезосферы - нижней термосферы. Автор участвовал в проведении радиометеорных наблюдений на метеорном радаре КГУ в 2000-2004 гг. Выполнена калибровка фазовых измерений угловых координат по данным 1993-2002 гг. и на единой методологической основе сформированы ряды среднечасовых и среднесуточных скоростей преобладающего зонального и меридионального ветра на базе радиометеорных измерений в 1986-2004 гг. Им проведены исследования волновой возмущенности ветровых полей для высот мезосферы - нижней термосферы и построена эмпирическая спектральная климатическая модель волновой активности. Апробация работы

Основные результаты докладывались и были представлены: на трех международных симпозиумах "Atmospheric and Oceanic Optics. Atmospheric Physics" (Tomsk, 2002, 2003, 2004; в 2003 году доклад был отмечен дипломом Оргкомитета 10 Юбилейного Симпозиума «Оптика атмосферы. Физика атмосферы»); на конференции "Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы" (Москва, 2002); на двух 34-ой и 35-ой научных ассамблеях COSPAR (Houston, 2002; Paris, 2004); на IV Международной школе молодых ученых и специалистов «Физика окружающей среды» (Томск, 2004); на XXI Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (Йошкар-Ола, 2005); на III международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (Казань, 2005). Результаты исследований по теме диссертации были представлены на конкурсах именных стипендий в 2003-2004 гг., были отмечены 1) именной стипендией Главы администрации г. Казани (2003 г.) и 2) Специальной стипендией Республики Татарстан (2004 г.). Исследования по теме диссертации поддержаны в 2002 и 2003 гг. грантами РФФИ по конкурсу MAC (гранты №№ 02-05-06149, 03-0506316), Министерством образования Российской Федерации (грант № А03-2.13-513, 2003-2004 гг.), грант для государственной поддержки молодых ученых РТ № 07-3 (Г). В 2005 году был исполнителем гранта INTAS № 03-515380.

По материалам диссертации опубликовано 16 работ.

Объем и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит 147 страниц текста, 35 рисунков, 7 таблиц и 121 библиографическую ссылку.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Коротышкин, Дмитрий Викторович

Основные результаты работы.

1. В рамках модернизации метеорного радара КГУ в 2002-2004 гг. для обнаружения метеорных радиоэхо разработан автокорреляционный метод обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты. В качестве основных достоинств данного подхода является: простота реализации; вероятностные характеристики обнаружения данным методом выше, чем у некогерентного накопителя; имеется возможность адаптивного выбора порога срабатывания порогового устройства в условиях медленно меняющейся мощности шума на выходе приемного устройства. Разработанный метод позволил улучшить помехозащищенность ветровых наблюдений и повысить статистическую обеспеченность ветровых измерений. С использованием этого метода в 2003-2004 гг. получены длинные непрерывные экспериментальные ряды скоростей ветра на высотах мезосферы - нижней термосферы.

2. Разработана спектральная климатическая модель волновой активности за 16-ти летний период наблюдений (1986-2002 гг.) на высотах 80-100 км. Созданная спектральная модель отображает высотную и сезонную структуру интенсивности волновых возмущений для диапазона периодов от 2 до 30 суток.

3. Обнаружена трансформация спектра при переходе от летнего сезона с преобладанием 2-4 суточных волновых возмущений к зимнему сезону с преобладанием 10-27 суточных периодичностей. Выявлены характерные временные масштабы волновых возмущений в зависимости от сезона и высоты: 5 суток, 16 суток, 27 суток (80-90 км) зимой, 5 суток (90-100 км) и 16 суток (80-90 км) весной, 2 и 4 суток летом, 5 и 10 суток осенью.

4. В рамках понятия макротурбулентности определен коэффициент наклона спектров мощности для высот мезосферы - нижней термосферы, обнаружено изменение коэффициента наклона спектров для синоптических масштабов (2-7 суток) со значениями коэффициента наклона от 0.5 до 1.8.

5. Обнаружена эллиптическая поляризация волновых процессов с масштабами (2-30 суток) на высотах мезосферы - нижней термосферы (80-100 км) с наиболее выраженными изменениями высотной структуры зимой по сравнению с летом. Установлено преимущественное вращение вектора скорости ветра по часовой стрелке для синоптических масштабов (2-7 суток) и против часовой стрелки для длинных и ультрадлинных волн (10-30 суток). Для характерных временных масштабов волновых возмущений, близких по периоду к волнам Россби, замечена значимая когерентность на соответствующих интервалах высот: квази 2-суточная волна (80-100 км), 4-7 суточные волны (80-90 км), квази 10-суточная волна (90-100 км), квази 16-суточная волна (80-100 км), и квази 27-суточная волна (80-90 км). Определены фазовые сдвиги зональной компоненты относительно меридиональной для характерных масштабов: около 90° для 2-4 суток, около 45° для 5 суток с опережением меридиональной компоненты, для масштабов выше 5 суток - наблюдается тенденция опережения зональной компоненты.

Автор данной диссертационной работы благодарен за постановку задачи, помощь при выполнении работы и постоянную поддержку научному руководителю д.ф.-м.н. Фахрутдиновой А.Н. Автор благодарен коллективу ПРАЛ/метеорного радара за предоставленные ряды данных скоростей ветра, используемые в данной работе. Автор признателен сотрудникам кафедры радиофизики Казанского Университета Нугманову И.С., Бочкареву В.В., Эпик-тетову JI.A. за ценные критические замечания и советы, полученные в ходе выполнения данной работы.

Заключение

На основе длительного 16-ти летнего цикла радиометеорных измерений в 1986-2002 гг. на метеорного радаре КГУ построена климатическая спектральная модель волновой активности с временными масштабами планетарных волн, среднеширотной мезосферы - нижней термосферы (80-100 км). Выявлены высотные и сезонные закономерности вращения вектора скорости преобладающего ветра для данного интервала высот.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Коротышкин, Дмитрий Викторович, Казань

1. Forbes J.M. Tidal and planetary waves / J.M. Forbes // Geophysical Monograph Series 87, American Geophysical Union. 1995. - P. 67-87.

2. Salby M.L. Survey of planetary-scale traveling waves: the state of theory and observations / M.L. Salby // Review of Geophysics and Space Physics. -1984.-V. 22.-P. 209-236.

3. Галин М.Б. Роль орографических и термических неоднородностей поверхностей земли в формировании планетарных волн / М.Б. Галин, В.М. Харитоненко // Физика атмосферы и океана. 1989. - Т. 25, № 5. - С. 473-484.

4. Quasi-16-day oscillation in the mesosphere and lower thermosphere / J.M. Forbes, M.E. Hagan, S. Miyahara et al. // Journal of Geophysical Research. 1995. - V. 100,1. D5.-P. 9149-9163.

5. Charney J.G. Propagation of planetary-scale disturbances from lower into the upper atmosphere / J.G. Charney, P.G. Drazin // Journal of Geophysical Research. 1961. -V. 66. - P. 83-109.

6. Salby M.L. Rossby normal modes in nonuniform background configurations. Part I: simple fields / M.L. Salby // Journal of Atmospheric Science. -1981.-V. 38.-P. 1803-1826.

7. Шакина Н.П. Гидродинамическая неустойчивость в атмосфере / Н.П. Шакина. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 309 с.

8. Holton J.R. Waves in the equatorial stratosphere observed with Nimbus 5 SCR / J.R. Holton // Journai of Atmospheric Sciences. 1972. - V. 29,1. 2 -P. 368-375.

9. Sridharan S. Radar observations of the 3.5-day ultra-fast Kelvin wave in the low-latitude mesopause region / S. Sridharan, S. Gurubaran, R. Rajaram // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2002. - V. 64. I. 8-11.-P. 1241 - 1250.

10. Salby M.L. Rossby normal modes in nonuniform background configurations II, equinox and solstice conditions / M.L. Salby // Journal of the Atmospheric Sciences. 1981.-V. 38.-P. 1827-1840.

11. Hagan M.E. Numerical investigation of the propagation of the quasi-2-day wave into the lower thermosphere / M.E. Hagan, J.M. Forbes, F. Vial // Journal of Geophysical Research. 1993. - V. 98, №. D12. - P. 2319323205.

12. Plumb R.A. Baroclinic instability of the summer mesosphere: a mechanism for the quasi-two-day wave? / R.A. Plumb // Journal of the Atmospheric Sciences. 1983. - V. 40,1. 1. - P. 262-270.

13. Pfister L. Baroclinic instability of easterly jets with applications to the summer mesosphere / L. Pfister // Journal of the Atmospheric Sciences. — 1985. -V. 42,1. 4.-P. 313-330.

14. Randel W.J. Observations of the 2-day wave in NMC stratospheric analysis / W.J. Randel // Journal of the Atmospheric Sciences. 1994. - V. 51, I. 2. -P. 306-313.

15. Norton W.A. The two-day wave in a middle atmosphere GCM / W.A. Norton, J. Thuburn // Geophysical Research Letters. 1996. - V. 23, I. 16. -P. 2113-2116.

16. Two-day wave structure and mean flow interactions observed by radar and High Resolution Doppler Imager / C.D. Fritts, J.R. Isler, R.S. Lieberman et al. // Journal of Geophysical Research. 1999. - V. 104, I. D4. - P. 39533969.

17. Variability of the quasi-2-day wave observed in the MLT region during the PSMOS campaign of June-August 1999 / D. Pancheva, N.J. Mitchell, A.H. Manson et al. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2004. - V. 66,1. 6-9. - P. 539- 565.

18. Jacobi Ch. The quasi 2-day wave as seen from D1 LF wind measurements over Central Europe (52°N, 15°E) at Collm / Ch. Jacobi, R. Schminder, D. Kurschner // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. — 1997.-V. 59, №. 11.-P. 1277-1286.

19. Quasi-two-day wave observed by meteor radar at 22.7°S / L.M. Lima, P.P. Batista, H. Takahashi, B.R. Clemesha // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2004. - V. 66,1. 6-9. - P. 529-537.

20. The mesospheric quasi-2-day wave over Tirunelveli (8.7°N) / S. Gurubaran, S. Sridharan, Т.К. Ramkumar, R. Rajaram // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2001. - V. 63,1. 10. - P. 975-985.

21. Poole L.M.G. The propagation of the mesospheric two-day wave in the southern hemisphere / L.M.G. Poole, T.J. Harris // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1995. - V. 57, № 13. - P. 1661-1666.

22. Muller H.G. A travelling quasi 2-day wave in the meteor region / H.G. Mul-ler, L. Nelson // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1978. — V. 40.-P. 761-766.

23. Global study of northern hemisphere quasi-2-day wave events in recent summers near 90 km altitude / С. E. Meek, A. H. Manson, S. J. Franke et al. // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1996. - V. 58. -P. 1401-1411.

24. Lieberman R.S. Eliassen-Palm Fluxes of the 2-day wave / R.S. Lieberman // Journal of the Atmospheric Sciences. 1999. - V. 56, I. 16. - P. 28462861.

25. Lieberman R.S. Corrigendum to "Eliassen-Palm fluxes of the 2-day wave" / R.S. Lieberman // Journal of the Atmospheric Sciences. 2002. - V. 59. -P. 2625-2627.

26. Chshyolkova T. Climatology of the quasi two-day wave over Saskatoon (52°N, 107°W): 14 Years of MF radar observations / T. Chshyolkova, A.H. Manson, C.E. Meek // Advances in Space Research. 2005. - V. 35, №. 11.-P. 2011-2016.

27. TIME-GCM results for the quasi-two-day wave / S. E. Palo, R. G. Roble, M. E. Hagan // Geophysical Research Letters. 1998. - V. 25, № 20. -P. 3783-3786.

28. Palo S. E. Middle atmosphere effects of the quasi-two-day wave determined from a General Circulation Model / S. E. Palo, R. G. Roble, M. E. Hagan // Earth Planets Space. 1999. - V. 51. - P. 629-647.

29. Фахрутдинова A.H. Высотно-временная структура нейтрального ветра нижней термосферы и эффекты его взаимодействия с ионосферными явлениями: автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук. / А.Н. Фахрутдинова; М., 1984.-37 с.

30. Mesosphere-lower thermosphere wind measurements over Europe in summer 1998 / Ch. Jacobi, Yu.I. Portnyagin, E.G. Merzlyakov et al. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2001. - V. 63, I. 10. — P. 1017-1031.

31. Cevolani G. Evidence of planetary-scale waves in the lower thermospheric winds / G. Cevolani // Nuovo Cimento C. 1982. - V. 5C, № 1. - P. 61-83.

32. Frohlich K. Planetary wave transience effects on the zonal mean flow: simulations with the COMMA-LIM model / K. Frohlich, Ch. Jacobi, A.I. Pogoreltsev // Advances in Space Research. 2005. - V. 35,1. 11. - P. 19001904.

33. Craig R. L. On the interaction between the quasi-2-day wave and the mean flow / R. L. Craig, R. A. Vincent, R. A. Plumb // Handbook for MAP. -1985.-V. 18.-P. 76-79.

34. The 6.5-day wave in the mesosphere and lower thermosphere: Evidence for baroclinic/barotropic instability / R. S. Lieberman, D. M. Riggin, S. J. Franke et al. // Journal of Geophysical Research. 2003. - V. 108, I. D20.-P. ACL-9-1.

35. The 4-5 day mode oscillation in zonal winds of Indian middle atmosphere during MONEX-79 / R. S. Reddy, В. K. Mukherjee, K. Indira, В. V. R. Murty // Handbook for MAP. 1985. - V. 18. - P. 96-98.

36. Talaat E. R. Observations of the 6.5 day wave in the mesosphere and lower thermosphere / E. R. Talaat, J.-H. Yee, X. Zhu // Journal of Geophysical Research. 2001. -V. 106,1. D18. - P. 20715-20724.

37. Talaat E. R. The 6.5 day wave in the tropical stratosphere and mesosphere / E. R. Talaat, J.-H. Yee, X. Zhu // Journal of Geophysical Research. 2002. -V. 107,1. D12.-P. ACL-1-1.

38. Observations of 7-d planetary waves with MLT radars and the UARS-HRDI instrument / R.R. Clark, M.D. Burrage, S.J. Franke et al. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2002. - V. 64,1. 8-11. - P. 1217— 1228.

39. MF radar observations of 6.5-day wave in the equatorial mesosphere and lower thermosphere / P. Kishore, S.P. Namboothiri, K. Igarashi et al. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2004. - V. 66,1. 6-9.-P. 507-515.

40. Yee J.-H. 6.5-day planetary waves in the mesosphere and lower thermosphere / J.-H. Yee, E. R. Talaat, X. Zhu // Advances in Space Research. -2001. V. 27, № 10. - P. 1761-1765.

41. Wu D. L. Observations of the 5-day wave in the mesosphere and lower thermosphere / D. L. Wu, P. B. Hays, W. R. Skinner // Geophysical Research Letters. 1994. - V. 21,1. 24. - P. 2733-2736.

42. Meyer С. K. A 6.5-day westward propagating wave: Origin and characteristics / С. K. Meyer, J. M. Forbes // Journal of Geophysical Research. 1997. -V. 102,1. D22.-P. 26173-26178.

43. Williams C. R. Analysis of long-period waves using the mesosphere-stratosphere-troposphere radar at Poker Flat, Alaska / C. R. Williams, S. K. Avery // Journal of Geophysical Research. 1992. - V. 97, I. D18. -P. 20855-20861.

44. Some results of S-transform analysis of the transient planetary-scale wind oscillations in the lower thermosphere / Yu. I. Portnyagin, E. G. Merzlya-kov, Ch. Jacobi et al. // Earth, Planets and Space. 1999. - V. 51. -P. 711-717.

45. Miyoshi Y. Numerical simulation of the 5-day and 16-day waves in the mesopause region / Y. Miyoshi // Earth, Planets and Space. 1999. - V. 51.- P. 763-772.

46. The 16-day waves in the mesosphere and lower thermosphere over Wuhan (30.6°N, 114.5°E) and Adeiaide (35°S, 138°E) / Guo-ying Jiang, Xiong Jian-Gang, Wan Wei-Xing et al. // Advances in Space Research. 2005. -V. 35, № 11.-P. 2005-2010.

47. The 16-day planetary wave in the mesosphere and lower thermosphere / N. J. Mitchell, H. R. Middleton, A. G. Beard et al. // Annales Geophysicae.- 1999.-V. 17,1. 11.-P. 1447-1456.

48. A spectral climatology of planetary waves and tidal variability / A.G. Beard, P.J.S. Williams, N.J. Mitchell, H.G. Muller // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2001. - V. 63,1. 9. - P. 801-811.

49. Holton J.R. The generation of mesospheric planetary waves by zonally asymmetric gravity wave breaking / J.R. Holton // Journal of the Atmospheric Sciences. 1984. - V. 41. - P. 3427-3430.

50. Espy P. J. Interannual variations of the quasi-16-day oscillation in the polar summer mesospheric temperature / P. J. Espy, J. Stegmann, G. Witt // Journal of Geophysical Research. 1997. -V. 102,1. D2. - P. 1983-1990.

51. Метеорологические эффекты в ионосфере / А.Д. Данилов, Э.С. Кази-мировский, Г.В. Власова, Г.Я. Хачикян JL: Гидрометеоиздат, 1987. -270 с.

52. Сидоров В.В. Спектры долгопериодных вариаций полусуточного прилива и преобладающего ветра на высотах верхней мезосферы нижней термосферы / В.В. Сидоров, Р.А. Ишмуратов, А.В. Наумов // Геомагнетизм и аэрономия. -2001. -Т.41, № 6. - С. 357-359.

53. Kazimirovsky E.S. Effects from "Coupling from Below" on the lower thermosphere dynamics / E.S. Kazimirovsky // Handbook for MAP. 1989. -V. 27.-P. 27-29.

54. Response of the mesopause region dynamics to the February 2001 stratospheric warming / Ch. Jacobi, D. Kurschner, H.G. Muller et al. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2003. - V. 65, I. 7. - P. 843 -855.

55. Движение атмосферы на высотах 80-100 км по радиометеорным наблюдениям в Казани / Ф.К. Задорина, Г.Б. Покровский, В.В. Сидоров и др. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1968. - Т. 3, № 1. -С. 3-15.

56. Определение координат отражающих точек на метеорной станции КГУ-М4 / Г.Б. Покровский, В.В. Сидоров, Б.К. Михайлов и др. // Метеорное распространение радиоволн. Казань: Изд-во Казанского ун-та. - 1969. - Вып. 6. - С. 238-245.

57. Greenhow J.S. Systematic wind measurements at altitudes of 80-100 km using radio echoes /J.S. Greenhow // Astron. Contr. Univ. Manchester. -1954. -V. 45,1. 7. P. 471-490.

58. Сидоров B.B. Когерентно-импульсные «секторные» измерения дрейфов метеорных следов / Сидоров В.В. // Метеорное распространение радиоволн. Казань, Изд-во Казанского ун-та. - 1964. - № 2. — С. 37-52.

59. Фахрутдинова А.Н. Циркуляция мезосферы нижней термосферы средних широт / А.Н. Фахрутдинова // Казань: Изд-во Каз. гос. ун-та, 2004.- 167 с.

60. Измерение ветра на высотах 90-100 км наземными методами / Под ред. Портнягина Ю.И., Шпренгер К., Лысенко И.А. и др. Л.: Гидрометео-издат, 1978.-344 с.

61. Коротышкин Д.В. Обнаружение пачки радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты с использованием автокорреляционного подхода // Рукопись деп. в ВИНИТИ 22.06.2004 № 1051-В2004. -19с.

62. Коротышкин Д.В. Обнаружение пачки когерентных радиоимпульсов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты / Д.В. Коротышкин // Сборник тезисов Юбилейной научной конференции Физического Факультета КГУ. Казань. - 2004. - с. 128.

63. Гайдаев П.А. Теория математической обработки геодезических измерений / П.А. Гайдаев, В.Д. Большаков. М.: Недра, 1969. - 400 с.

64. Крылов А.Н. Лекции о приближенных вычислениях. Изд. 6-е / А.Н. Крылов М.: ГТТИ, 1954. - 400 с.

65. Серебренников М. Г. Гармонический анализ / М. Г. Серебренников. -М.: Гостехиздат, 1948. 504 с.

66. Методы метеорной астрономии: Пер. с англ. / Мак-Кинли Д.; Ред. Ка-тасева Л.А. М.: Мир, 1964. - 383 с.

67. Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов / Ю.С. Лезин. М.: Советское радио, 1963. - 319 с.

68. Миддлтон Д. Введение в статистическую теорию связи / Д. Миддлтон.- М.: Советское радио. 1962. - 831 с.

69. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов / В.И. Тихонов. М.: Радио и связь, 1983. - 320с.

70. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / Под ред. Ю.М. Казаринова., Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; М.: Высш. шк., 1990. - 496 с.

71. Статистическая теория обнаружения сигналов: Пер. с англ. / К. Хелст-ром; Ред. Кобзарева Ю.Б. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1963. - 431 с.

72. Neyman J. On the problem of the most efficient tests of statistical hypotheses / J. Neyman, E.S. Person // Philosophical Transactions of Royal Society,- 1933. -№ A231. P. 289-337.

73. Давенпорт В.Б. Введение в теорию случайных сигналов и шумов / В.Б. Давенпорт, B.JI. Рут. М.: Изд-во иностранной литературы, 1960. -468 с.

74. Hocking W.K. Real-time determination of meteor-related parameters utilizing modern digital technology / W.K. Hocking, B. Fuller, B. Vandepeer // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2001. - V. 63, I. 2-3.-P. 155-169.

75. Большев JI.H. Таблицы математической статистики / Л.Н. Болыиев, Н.В. Смирнов. М.: Наука, 1983. - 416 с.

76. Марпл С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С. Л. Марпл. М.: Мир, 1990. - 584 с.

77. Wind regime of the mesosphere lower thermosphere of the Earth / A.N. Fahrutdinova, D.V. Korotyshkin, A.M. Stepanov et al. // SPIE Proc. -2004.-V. 5743, P. 514-521.

78. Swinbank R A stratosphere troposphere data assimilation system / R. Swinbank, A. O'Neill // Mon. Weather Rev. 1994. - V. 122. - P. 686702.

79. Тептин Г.М. Структура нижней термосферы / Г.М. Тептин // Казань: Изд-во Каз. гос. ун-та, 1976. 175 с.

80. Developments in the radiowave drifts technique for measurement of high-altitude winds / J.B. Gregory, C.E. Meek, A.H. Manson, D.G. Stephenson // Journal of Applied Meteorology. 1979. - V. 18,1. 5. - P. 682-691.

81. Manson A.H. Dynamics of the middle atmosphere at Saskatoon (52°N, 107°W): A spectral study during 1981, 1982 / A.H. Manson, C.E. Meek // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1986. - V. 48. -P. 1039-1055.

82. Meek C.E. An efficient method for analysing ionospheric drifts data / C.E. Meek // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. — 1980. -V. 42.-P. 835-839.

83. Wind regime at 80-110 km at mid latitudes of the northern hemisphere / I.A. Lysenko, Yu.I. Portnyagin, A.N. Fahrutdinova et al. // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. - 1994. - V. 56,1. 1. - P. 31-42.

84. Астафьева H.M. Вейвлет анализ: основы теории и примеры использования / Н.М. Астафьева // УФН. 1996. - Т. 166. - С. 1145-1170.

85. Чуй Ч. К. Введение в вэйвлеты : Пер. с англ. / Ч. К. Чуй. Москва: Мир, 2001.-412 с.

86. Сидоров В.В. Квази двухсуточные периодичности изменения скорости ветра на метеорных высотах /В.В. Сидоров, А.Н. Фахрутдинова // Метеорные исследования. М.: Радио и связь. - 1981. - № 7. - С.72-82.

87. Сидоров В.В. Исследование возмущений в нижней термосфере радиометеорным методом /В.В. Сидоров, А.Н. Фахрутдинова // Метеорные исследования. М.: Радио и связью - 1986. - № 12. - С. 32-38.

88. Гряник В.М. Локализованные вихри в поле волны Россби / В.М. Гря-ник, А.А. Добрицын // Известия АН. Физика атмосферы и океана. -1993. Т. 29, № 3. - С. 328-331.

89. Гряник В.М. О связи пространственных и временных спектров атмосферных колебаний / В.М. Гряник // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1980. - Т. 16, № 9. - С. 962-965.

90. Портнягин Ю.И. Крупномасштабные неоднородности в поле ветра на высотах 80-100 км / Ю.И. Портнягин // Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана. 1981. - Т. 17, № 3. - С. 236-242.

91. Портнягин Ю.И. О макротурбулентности в области мезопаузы нижней термосферы / Ю.И. Портнягин, Л.В. Светогорова // Физика атмосферы и океана. - 1986. - Т. 22, № 4. - С. 339-343.

92. Скриптунова Е. Н. Спектральные характеристики синоптических вихрей и крупномасштабных волн по данным ПГЭП / Е. Н. Скриптунова, Н. П. Шакина // Труды Гидрометцентра СССР. 1988. - Вып. 296. -С. 80-96.

93. Korotyshkin D.V. Temporal and spatial rotational spectra of wind velocity variations with periods 2-40 days in lower and middle atmospheres of the earth / D.V. Korotyshkin, A.N. Fahrutdinova, V.V. Guryanov // SPIE Proc. 2004. - V. 5743. - P. 522-527.

94. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. / Д. Химмельблау М.: Мир, 1972. - 957 с.

95. Korotyshkin D.V. Interdependence of wave processes of zonal and meridian circulation of the middle atmosphere / D.V. Korotyshkin, A.N. Fahrutdinova // Proc. SPIE. 2003. - V. 5397. - P. 244-251.

96. Fahrutdinova A.N. Structure of rotational spectra of vectorial wave fields in the middle atmosphere / A.N. Fahrutdinova, V.V. Guryanov, D.V. Korotyshkin // Proc. SPIE. 2002. - V. 5027. - P. 250-259.

97. Planetary waves activity and rotational effects in the mid-latitudes of the lower and middle atmosphere (0-100km) / A. Fahrutdinova, V. Guryanov, D. Korotyshkin et al. // Advances in Space Research. 2003. - V. 32, № 5. -P. 869-874.

98. Fahrutdinova A. Rotational effects in the field of tidal wind of the mid-latitude MLT-region / A. Fahrutdinova, D. Korotyshkin, D. Fedorov // Advances in Space Research. 2003. - V. 32, № 5. - P. 875-880.

99. Maraun D. Cross wavelet analysis: significance testing and pitfalls / D. Ma-raun, J. Kurths // Nonlinear Processes in Geophysics. 2004. - V. 11,1. 4. — P. 505-514.

100. Korotyshkin D.V. Coherence of temporal variations (2-30 days) in the wind field of the midlatitude middle atmosphere of the earth / D.V. Korotyshkin, A.N. Fahrutdinova // SPIE Proc. 2004. - V. 5743. - P. 528-535.

101. Герман B.X. Спектральный и взаимный спектральный анализ векторных временных рядов скоростей морских течений / В.Х. Герман, А.С. Цвецинский // Труды ГОИН. 1979. - Вып. 144. - С. 71-81.

102. Незлин М.В. Солитоны Россби / М.В. Незлин // Успехи Физических Наук. 1986. - Т. 150, Вып. 1. - С. 46-60.