Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Влияние орографических волн на общую циркуляцию и перенос озона в атмосфере

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Влияние орографических волн на общую циркуляцию и перенос озона в атмосфере"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ня ППЯПЯУ г^иппипи

005004513

КОВАЛЬ АНДРЕЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ОРОГРАФИЧЕСКИХ ВОЛН НА ОБЩУЮ ЦИРКУЛЯЦИЮ И ПЕРЕНОС ОЗОНА В АТМОСФЕРЕ

25.00.29 Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 1 ДЕК 2011

Санкт-Петербург - 2011

005004513

Работа выполнена на физическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель Доктор физико-математических наук,

профессор Гаврилов Николай Михайлович

Официальные оппоненты Доктор физико-математических наук

Смышляев С. П. (РГГМУ, С-Петербург) Кандидат физико-математических наук Перцев Н. Н. (Институт физики атмосферы РАН, Москва) Ведущая организация Западное отделение ИЗМИРАН (г.

Калининград)

Защита состоится 21 декабря 2011 года в 11:00 часов на заседании совета Д.212.232.35 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург,

Средний пр. ВО., д.41

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПБГУ. Автореферат разослан 17 НоЛ&рЯ_2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н.,

А.Л. Котиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Волновые движения являются важной и неотъемлемой составляющей динамических процессов на всех высотах. Согласно современным представлениям, для энергетики верхних атмосфер планет существенны притоки энергии из нижележащих слоев атмосферы, причем важное место занимает перенос энергии тропосферных движений внутренними волнами. Важными источниками волн разных масштабов в тропосфере являются метеорологические и турбулентные процессы (ветры в горах, циклонические, мезо и мелкомасштабные вихри, фронты, струйные течения и.т.п.).

При распространении волн от тропосферных источников вверх их амплитуды возрастают вследствие уменьшения плотности атмосферы. На ионосферных высотах волновые процессы становятся важнейшей компонентой динамического режима и оказывают сильное влияние на остальные атмосферные процессы. Диссипация волновой энергии обеспечивает притоки тепла, сравнимые с солнечными. Ионосферные неоднородности, создаваемые гидродинамическими волнами, влияют на условие распространения радиоволн. Ускорения среднего течения, создаваемые волнами, оказывают сильное воздействие на циркуляцию средней атмосферы.

В данной работе исследуется влияние мезосферных волн, генерируемых в тропосфере при обтекании неоднородного рельефа земной поверхности атмосферными потоками на общую циркуляцию и тепловой режим вышележащих слоев атмосферы. Разработаны параметризации генерации орографических волн и их теплового и динамического воздействия на среднюю и верхнюю атмосферу. Пармегризации включены в трехмерную нелинейную модель общей циркуляции средней и верхней атмосферы (МЦСВА). Эта модель позволяет рассчитывать циркуляцию атмосферы на всех высотах от тропосферы до термосферы. Модель учитывает все основные динамические и радиационные процессы, включая возможность генерации распространяющихся планетарных волн вблизи земной поверхности и расчеты с учетом переменного содержания углекислого газа в атмосфере. Вертикальный поток массы в модели рассчитывается на каждом временном шаге сверху вниз из уравнения неразрывности с помощью конечных разностей на уровнях, расположенных между уровнями прогностических уравнений для горизонтальных составляющих скорости ветра и температуры. На верхней границе используется нулевое условие. Естественным нижним граничным условием является требование обращения в нуль вертикальной скорости на поверхности Земли, записываемое через возмущение геопотенциала, обусловленное приливными колебаниями на нижней границе.

Актуальность темы диссертационного исследования

По современным представлениям, без учета динамического и теплового вклада волн, генерируемых в тропосфере, невозможно построение адекватных моделей динамики и теплового режима верхней и средней атмосферы. Важным и постоянно действующим механизмом генерации мезомасштабных волн является обтекание неоднородностей топографии земной поверхности набегающим потоком. При распространении этих орографических волн в верхние разреженные слои атмосферы их амплитуды растут, и они могут создавать значительные ускорения среднего потока и притоки тепла. В связи с этим изучение мезомасштабных волн включаются во все основные российские и международные программы исследования атмосферы и околоземного космического климата.

Цель диссертационной работы

Изучение влияния орографических волн на динамику и температурный режим средней и верхней атмосферы в разные сезоны, а также на глобальный перенос озона. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

1. Получение аналитических выражений для расчета динамических и энергетических характеристик орографических волн с учетом вращения атмосферы.

2. Разработка численной параметризации орографических волн для включения в численные модели глобальной циркуляции атмосферы.

3. Исследование влияния орографических волн на формирование глобальной циркуляции атмосферы.

4. Изучение влияния орографических волн на глобальный перенос озона в атмосфере.

Научная новизна

Главной особенностью разработанного метода исследования орографических волн является использование новых математических выражений для расчета характеристик орографических волн с учетом вращения атмосферы. Уточнены поляризационные соотношения для случая стационарных волн. При использовании дисперсионного уравнения и поляризационных соотношений для стационарных волн во вращающейся атмосфере были получены уравнения волнового действия в неоднородной атмосфере, аналогичные полученным ранее для нестационарных волн. Эти уравнения решаются для получения параметров волн для различных

атмосферных приложений. Указанные формулы получены в данной работе впервые и ранее при оценках эффектов орографических волн не использовались.

Практическая и научная значимость

Практическая и научная значимость работы заключается в том, что исследование чувствительности численных моделей циркуляции и температурного режима атмосферы к влиянию орографических волн позволяет более точно прогнозировать глобальные климатологические изменения в атмосфере. Также разработка простых параметризаций орографических волн необходима для расчетов с помощью полных численных моделей глобальной циркуляции.

Положения, выносимые на защиту

- полученные аналитические выражения для расчета динамических и энергетических характеристик орографических волн с учетом вращения атмосферы;

- численная параметризация орографических волн для использования в численных моделях глобальной циркуляции атмосферы;

- результаты оценок влияния орографических волн на динамику и температурный режим атмосферы.

- расчеты влияния орографических волн на глобальный перенос озона в средней атмосфере.

Личный вклад автора

Большинство представленных в диссертации результатов получено автором самостоятельно. В опубликованных работах по разработке численной параметризации орографических волн, а также в доработке модели глобальной циркуляции средней и верхней атмосферы автор участвовал в постановке задач, их решении, практических расчетах, математической обработке и подготовке исходных данных, а также в анализе результатов моделирования.

Апробация и публикация работы

Работа выполнялась на физическом факультете СПбГУ. Тема диссертации включена в план работ кафедры физики атмосферы. Результаты работы докладывались на 9-ти российских и международных научных конференциях: на молодежной конференции «Физика и прогресс» (Санкт-Петербург, 2007 г.), международных симпозиумах стран СНГ «Атмосферная радиация и динамика» МСАРД-2009 и МСАРД-2011 (Санкт-Петербург, 2009 и 2011 гг.), международной

конференции «25th International Laser Radar Conference» LRLC 25 (С-Петербург, 2010 г.), 12-м симпозиуме Международного Научного камитета по Солнечно-Земной Физике «SCOSTEP Symposium STP12» (Берлин, Германия, 2010 г.), школе молодых ученых РГГМУ (С-Петербург, 2010г.), 5-ой международной конференции "Атмосферная физика, климат и окружающая среда" (Санкт-Петербург, 2010 г.), 4-м семинаре по проблеме вертикального взаимодействия в системе атмосфера-ионосфера «4th IAGA/ICMA/CAWSES-II» (Прага, Чехия, 2011 г.), XI-ой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011 г.). Также результаты исследований докладывались на семинарах кафедры физики атмосферы (2007 - 2011 гг.).

Работа выполнена при частичной поддержке Министерства образования и науки российской Федерации в рамках реализации мероприятия 1.1 Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственный контракт №02.740.11.0728 от 05 апреля 2010 г.) по направлению «Геофизика», мероприятия 1.3 федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственный контракт №П107 от 12 апреля 2010 г.) по направлению «Мониторинг и прогнозирование состояния атмосферы и гидросферы», а также Российского фонда фундаментальных исследований (Гранты РФФИ 07-05-00913-а (2007-2009 гг.) и 10-05-00719-а.(2012 - 2014 гг.)).

Основные результаты работы представлены в 9 публикациях, включая 1 в рецензируемом журнале.

Структура Ii объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 68 наименований. Работа содержит 110 страниц, 47 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и перспективность темы исследования, сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна, практическая ценность работы, кратко изложено ее содержание.

В первой главе представлена характеристика текущего состояния в области исследования орографических волн в атмосфере. Приведён обзор наиболее значимых работ в этой области, включая теоретические исследования эффектов орографических

волн, моделирование их воздействия на глобальную циркуляцию, а также исследования влияния орографических волн на перенос озона.

Во второй главе представлены полученные в работе аналитические выражения для расчета энергетического воздействия орографических волн с учетом вращения атмосферы, а также уточненные поляризационные соотношения для случая стационарных волн.

В разделах 2.1 и 2.2 приведены обоснования использования разработанного метода для расчетов распространения орографических гравитационных волн, а также вертикального переноса волновой энергии. Выведены основные формулы для расчета энергетических характеристик орографических волн во вращающейся атмосфере.

Согласно теории стационарных мезомасштабных возмущений, возникающих в атмосфере при обтекании гор стационарным набегающим потоком, эти возмущения можно отнести к классу внутренних гравитационных волн (ВГВ) с частотами о -* 0 и достаточно большими вертикальными волновыми числами т » 1/2Н и горизонтальными волновыми числами к2 » //с, (где Я - высота однородной атмосферы, с1. - скорость звука, / - параметр Кориолиса). Пользуясь стандартной теорией атмосферных волн в плоской вращающейся атмосфере, можно получить поляризационные соотношения для стационарных гравитационных воли данного класса. Используя эти поляризационные соотношения, а также формулу для расчета суммароного переноса волновой энергии, можно получить уравнение, описывающее изменение квадарата амплитуды орографической волны и1 с высотой, которое имеет вид:

где р - атмосферная плотность; т и к - вертикальное и горизонтальное волновые числа, соответственно; N - частота Брента-Вяисяля для неизотермической атмосферы:

где, уа = g/Cp- сухоадиабатический градиент температуры. Приведенное выше уравнение при заданной амплитуде волны на нижней границе можно решить относительно и2 для заданных высотных профилей среднего верта й и темпратуры Т. Затем по полученным в работе формулам рассчитываются волновое ускорение и полный волновой приток тепла которые можно

использовать в качестве параметризации динамического и теплового воздействия стационарных гравитационных волн на динамику и энергетику атмосферы.

В разделах 2.3 и 2.4 представлена численная схема разработанной параметризации орографических волн. Для параметризации мезомасштабной орографии в данной работе использована модификация метода, использующего концепцию "подсеточной" орографии, которая учитывает изменения высоты земной поверхности с горизонтальными масштабами, меньшими, чем шаг горизонтальной сетки численной модели. Приведены результаты численной проверки параметризации.

При тестировании разработанной параметризации воздействия орографических волн в данной работе была использована база данных высот земной поверхности ЕТ0Р02 с шагом в 2 минуты вдоль кругов широты и долготы. Использована сетка, имеющая 36 узлов вдоль меридианов и 64 узла вдоль параллелей. Вертикальный шаг сетки равен 4,5 км. Расчеты проводились на высотах от поверхности Земли до 100 километров. Вертикальные профили средних температуры и ветра внутри атмосферы заданы по эмпирическим моделям верхней и средней атмосферы Mass Spectrometer and Incoherent Scatter Extended Model (MSISE) и Horizontal Wind Model (HWM93). Средний ветер в приземном слое атмосферы задан по данным модели Национального центра атмосферных исследований США, полученной реанализом данных мировой сети метеорологических наблюдений. Заданы экспоненциально растущие вертикальные профили турбулентной и молекулярной кинематической вязкости. Расчеты произведены для января месяца.

Расчеты показали, что пшротно-долгошые распределения амплшуды колебания стационарных орографических волн вблизи поверхности соответствуют географическому распределению горных массивов. С ростом высоты в средних и высоких широтах северного (зимнего) полушария амплитуды орографических волн оказываются большими, чем на аналогичных широтах южного (летнего) полушария. Это может быть связано с более благоприятными условиями распространения стационарных волн в зимних структурах фоновой температуры и ветра по сравнению с летними структурами. Вертикальные потоки волновой энергии, а также волновые ускорения среднего потока и притоки тепла имеют пространственные распределения аналогичные распределениям амплитуд волн

В разделе 2.5 описаны выводы по результатам численной проверки параметризации. Выполненные расчеты характеристик орографических волн, распространяющихся в атмосфере от поверхности Земли до высот нижней

термосферы, показывают, что орографические волны могут оказывать существенное воздействие на циркуляцию и тепловой режим средней и верхней атмосферы.

Полученные в главе 2 формулы и параметризации использованы в последующих главах при расчетах влияния орографических волн на общую циркуляцию и температурный режим средней атмосферы.

В третьей главе представлены результаты расчетов влияния орографических волн на глобальную циркуляцию атмосферы, произведенных с помощью включения разработанной в гл. 2 параметризации в численную модель общей циркуляции атмосферы МЦСВА.

В разделах 3.1 и 3.2 приведено описание модели МЦСВА, а также описание численной реализации параметризации орографических волн в средней атмосфере. Модель разработана на основе модели COMMA-LIM (Cologne Model of the Middle Atmosphere - Leipzig Institute for Meteorology). В качестве нижних граничных условий задаются климатические распределения геопотенциальной высоты и температуры. Учитываются стационарные планетарные волны с волновыми числами 1-3, которые были получены из данных модели UK Met Office. В качестве вертикальной координаты используется лог-изобарическая безразмерная высота д: = In (р/1000), где р-давление в мб. На рисунках приводится размерная высота z=x*7 км, которая приблизительно соответствует геометрической высоте. В МЦСВА также учитываются широтно-высотные распределения среднезональной температуры в тропосфере и нижней стратосфере, полученные на основе данных моделей NCEP/NCAR реанализа (National Centre of Environmental Prediction / National Centre for Atmospheric Research), а также UK Met Office (United Kingdom Meteotrological Office. Учет широтно-высотных распределений среднезональной температуры позволяет реалистично воспроизводить в численных экспериментах расположение и интенсивность струйных течений в тропосфере, что необходимо для правильного моделирования возникновения орографических колебаний.

В связи с тем, что в приземном слое скорость ветра мала и образующиеся там гравитационные волны не вносят значительный вклад в формирование глобальной циркуляции, расчеты волновых притоков тепла и волновых ускорений проводились на высотах от 7 километров. Рассчитанные профили волнового притока тепла учитываются в прогностическом уравнении для температуры, а зональная и меридиональная составляющие вектора волнового ускорения учтены в прогностических уравнениях для соответствующих компонент скорости.

В разделе 3.3 анализируется рассчитанная широтно-высотная структура зонального ветра, а также амплитуды планетарных и орографических волн для разных сезонов (январь, апрель, июль, октябрь).

Вертикальные профили амплитуды орографических волн сильно зависят от профилей среднего ветра, температуры, турбулентной и молекулярной вязкости и теплопроводности. При малой диссипации вблизи поверхности земли амплитуды орографических волн квази-экспоненциально растут с высотой. Для января и июля характерно, что на больших высотах возрастающие экспоненциально кинематическая вязкость и теплопроводность отфильтровывают орографические волны с малыми вертикальными длинами. Орографические волны могут распространяться в зимних полушариях до высот 100 - 110 км, их амплитуды растут с высотой. В летних полушариях на высотах более 20 км стационарные орографические волны практически полностью затухают, что связано с барьерами в их распространении, вызванными изменением направления зональной циркуляции в стратосфере. Выполнена оценка первой и второй гармоник планетарных воли по расчиганны полям геопотенциала с учетом и без учета орографических волн. Показано, что орографические волны могут увеличивать амплитуду планетарных волн в средней атмосфере на 5 - 15%.

В апреле и октябре средние зональные потоки в средних широтах не меняют свое направление с высотой и способствуют проникновению орографических волн до высот 80 - 90 км, где эти колебания разрушаются из-за того, что средняя зональная скорость уменьшается до нуля. На приэкваториальных широтах весной и осенью вертикальное распространение орографических волн прерывается на высотах 25 - 30 км, что связано с обращением направления зональной циркуляции на этих высотах.

В разделе 3.4 анализируются рассчитанные широтно-долготные распределения зонального ветра и амплитуды орографических волн на фиксированных высотах. Ветер представлен на высотах 7, 50 и 80 км, а амплитуда волн - на 12, 50 и 80 км. Анализируется влияние учета параметризации орографических волн на распределения скорости ветра на разных уровнях, а также изменения последней во времени с шагом в две недели. Представлены результаты модельных экспериментов для разных сезонов.

В январе вблизи поверхности средний зональный поток в основном направлен на восток, а на широтах 0 - 30° ю.ш. - на запад. Поле зонального ветра испытывает незначительные колебания по времени. Расчитанные амплитуды возникающих над поверхностью орографических волн имеют выраженные максимумы над наибольшими горными массивами. Более сильные струйные течения северного

полушария вызывают более интенсивные орографические волны в северном полушарии, чем в южном. Вследствие стабильности зональных течений у поверхности Земли горизонтальное расположение основных максимумов амплитуд орографических волн мало меняется в течение зимнего сезона. С ростом высоты зональный поток в южном полушарии разворачивается, что ведет к затуханию орографических колебаний в области, где зональный поток равен нулю. В северном полушарии часть волн диссипирует за счет возросших кинематической вязкости и теплопроводности, однако расположение максимумов амплитуд волн над горными массивами сохраняется, а значения амплитуд увеличиваются. При этом расчеты выявляют некоторую временную изменчивость максимумов, связанную с планетарными волнами и приливными колебаниями атмосферы. В средних и высоких широтах северного (зимнего) полушария амплитуды орографических волн могут достигать значений в десятки м/с и оказываются большими, чем на аналогичных широтах южного (летнего) полушария.

В июле в приземном слое наблюдаются сильные зональные потоки, направленные на восток на широтах 20 - 50° ю.ш. и 30 - 60° с.ш., а также направленный на запад поток в районе экватора. Распределения остаются стабильными, максимумы ветра доходят до 40 м/с. Наибольшие амплитуды орографических волн в июле на больших высотах наблюдаются в южном полушарии. Связано это с тем, в зимнем полушарии зональные потоки в стратосфере северного полушария в это время направлены с востока на запад, что препятствует распространению стационарных волн на большие высоты.

Для апреля характерно более равномерное распределение амплитуд колебания по полушариям. В этот период зональный поток в южном полушарии сильнее, чем в северном. Изменения среднего зонального потока из-за влияния орографических волн могут достигать 20 м/с. Как и в другие сезоны, не все орографические волны могут свободно распространяться из тропосферы до больших высот. В приэкваториальной области зональный поток с ростом высоты меняет свое направление, что фильтрует стационарные волны. На средних широтах южного и северного полушарий большая часть орографических волн диссипирует из-за возрастания кинематической вязкости и теплопроводности с высотой, причем общее расположение максимумов амплитуд над горными массивам! сохраняется.

В октябре распределения ветра аналогичны распределениям в апреле за исключением того, что зональный поток у поверхности сильнее в северном полушарии. Более сильные зональные потоки северного полушария способствуют распространению волн до высот выше 80 км, тогда как в южном полушарии на

высотах около 60 км зональный поток меняется на противоположный, что приводит к фильтрации орографических волн.

В параграфе 3.5 описаны расчеты среднемесчных широтно-долготных распределений притоков тепла и волновых ускорений среднего потока, создаваемых орографическими волнами на различных высотах.

Для всех рассмотренных сезонов распределения притоков тепла и волновых ускорений аналогичны распределениям амплитуд орографических волн. В январе абсолютные значения волновых притоков тепла в мезосфере - нижней термосфере могут доходить до 15 К/сут, а волновых ускорений - до 20 мс"2/сут. В июле волновые притоки тепла могут доходить до 10 К/сут., что меньше, чем в январе из-за меньших амплитуд орографических волн летом. В апреле и октябре на высоты более 50 км могут проникают орографические колебания как в северном, так южном полушарии. Более сильные струйные течения в южном полушарии в апреле и в северном полушарии в октябре обеспечивают формирование больших притоков тепла и волновых ускорений в соответствующих полушариях.

В разделе 3.6 сформулированы основные выводы по расчетам динамического и теплового воздействия орографических волн на общую циркуляцию средней и верхней атмосферы при изменениях условий генерации волн в разные сезоны.

В январе и июле основной эффект на формирование зональной циркуляции и температуного режима орографические волны вносят в северном и южном полушариях, соответственно. Это выражается в усилении зональной циркуляции в стратосфере до 30%, что является существенным вкладом. Это можно объяснить более благоприятными условиями распространения стационарных волн в зимних структурах фоновой температуры и ветра по сравнению с летними структурами. Изменение направления зональной циркуляции в летней страто-мезосфере приводит к фильтрации стационарных орографических волн на высотах, где зональный поток равен нулю. В сезоны равноденствия широтное распределение орографических волн более равномерное, в обоих полушариях волны распространяются до высот в 60 - 70 км.

Расчеты показывают, что образующиеся в январе и июле вблизи поверхности практически над всей территорией планеты орографические волны могут проникать в стратосферу и мезосферу только в зимнем полушарии, тогда как в летнем они фильтруются. Распределения волновых ускорений и притоков тепла аналогичны распределениям амплитуд орографических волн. Абсолютные значения волновых притоков тепла до 10-15 К/сут и волновых ускорений до 20 м с"2 на высотах около 50

км показывают, что орографические волны могут вносить весомый вклад в динамический и температурный режимы средней атмосферы.

В четвертой главе рассмотрены результаты модельных экспериментов по влиянию орографических волн на глобальный перенос озона в средней атмосфере в разные сезоны.

В разделах 4.1 и 4.2 приведена краткая справка о современных представлениях о глобальном переносе озона. В разделе 4.3 представлены результаты модельных расчетов влияния орографических волн на перенос озона общей циркуляцией атмосферы.

Глобальное распределение атмосферного озона в расчетах задано согласно модели Института Метеорологии Свобдного университета Берлина (Германия). Модель представляют собой зонально - осредненную среднемесячную концентрацию озона на высотах, соответствующих давлению от 1000 до 0,003 гПа (34 вертикальных уровня) и основана на климатологии озона в тропосфере, стратосфере и мезосфере.

Вертикальная компонента потока озона пропорциональна произведению концентрации озона на вертикальную скорость. Для расчета концентрации озона в пределах каждого уровня (шага сетки модели) было использовано выражение из классической теории

Ро

где индексом г обозначены значения величин на высотном уровне г = г„ р„ -

плотность атмосферы вблизи поверхности, пррт> - модельное отношение смеси

озона, N А - число Авогадро. Для расчета зонально-осредненного вертикального потока озона воспользуется выражение

1 о31 п оЪ1УУ!

где щ - зонально - осредненная среднемесячная вертикальная скорость в 1-м высотном узле сетки модели.

Расчеты показали, что основной эффект от воздействия орографических волн атмосферы в январе выражается в усилении потоков озона в северном полушарии примерно на 10 процентов на высотах 10 - 30 км. На высотах около 30 км вблизи широты 30° с.ш. может появляться направленный вверх поток озона. В июле также происходит изменение потоков озона под воздействием орографических волн примерно на 10 процентов, причем они более выражены в южном полушарии.

В апреле и октябре расчитанные изменения зонально-осредненных вертикальных потоков озона соответствуют условиям распространения орографических волн в среднюю атмосферу. В апреле существуют две области предпочтительного распостранения орографических волн: на высоких широтах южного полушария и на средних широтах северного. Соответственно, в этих областях расчеты обнаруживают большее изменения вертикальных потоков озона в стратосфере. В октябре происходит более сильное распространение орографических волн в северном полушарии на широтах расположения наибольших горных систем, что приводит к соответствующим изменениям потоков озона.

В разделе 4.3 сформулированы основные выводы по результатам исследования влияния орографических волн на перенос озона. Для всех рассмотренных сезонов характерно изменение потоков озона на 10 - 15%. В январе и июле наиболее сильные изменения потоков происходят в северном и южном (зимних) полушариях соответственно, что является следствием особенностей распространения орографических волн эти сезоны. В апреле наибольшие изменения потоков озона происходят на высоких широтах южного полушария и на средних широтах северного. В октябре характерно, что более сильное изменение потоков озона происходит в северном полушарии на широтах расположения главных горных систем.

Таким образом, численное моделирование показывает, что учет орографических волн приводит к увеличению потоков озона и ускорению его переноса в верхней тропосфере и стратосфере в районе максимума озонового слоя. Это необходимо учитывать при моделировании атмосферной глобальной циркуляции и изменений химического состава атмосферы.

В заключении работы приведены основные выводы по результатам диссертации.

При выполнении диссертационной работы были получены следующие основные результаты:

1. Получены аналитические выражения для расчета потоков энергии и импульса, волновых ускорений и притоков тепла, создаваемых стационарными орографическими волнами с учетом вращения атмосферы, а также получены уравнение волнового действия в неоднородной атмосфере.

2. Разработана параметризация динамического и теплового воздействия орографических волн для включения в модели глобальной циркуляции атмосферы.

3. Выполнено численное моделирование чувствительности общей циркуляции атмосферы и планетарных волн в средней атмосфере к воздействию орографических волн и условиям их генерации в разные сезоны.

4. Выполнены расчеты изменений потоков озона в тропо - стратосфере при учете орографических волн.

По результатам научной работы можно сделать следующие выводы:

1. Учет вращения атмосферы в математических соотношениях для орографических волн необходим для расчета вертикального профиля притоков тепла и волновых ускорений стационарными орографическими волнами.

2. Орографические волны создают значительные притоки тепла (до 10-15 К/сут. на высотах 50 км), и ускорений среднего потока (до 20 м с"2/сут), что может существенно влиять на общую циркуляцию, планетарные волны и тепловой режим средней атмосферы.

3. В периоды солнцестояний наибольшее влияние орографических волн на общую циркуляцию средней атмосферы происходит в зимних полушариях. В периоды равноденствия условия распространения орографических волн более равномерные в обоих полушариях.

4. Учет орографических волн приводит к изменениям вертикальных потоков озона, создаваемых общей циркуляцией атмосферы, на 10 - 15% на высотах от 20 до 60 км.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Коваль A.B., Гаврилов Н.М. Параметризация воздействия орографических волн на общую циркуляцию средней и верхней атмосферы // «Ученые записки РГГМУ», 2011, № 20. стр. 85 - 89.

2. Коваль A.B., Гаврилов Н.М., Савенкова E.H., Погорельцев А.И. Численное моделирование реакции общей циркуляции атмосферы на пространственные неоднородности орографических волн // Труды 11-й междунар. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности»., изд. Политех, ун-та, Санкт-Петербург, 2011, Т. 2., с.131-135.

3. Коваль A.B., Гаврилов Н.М., Савенкова E.H., Погорельцев А.И. Влияние орографических волн на глобальный перенос озона // Труды 11-й междунар. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и

VO

применение высоких технологий в промышленности»., изд. Политех, ун-та,

' Санкт-Петербург, 2011, Т. 1., с.179-180.

4. Koval А.V., Gavrilov N.M. Integration of the orographic gravity waves parameterization in the atmospheric general circulation model // 4thIAGA/ICMA/CAWSES-II, Prague, 2011

5. Koval A. V., Gavrilov N. M. Parameterization of the impact of orographic waves on the general circulation in the middle and upper atmosphere // Abstracts of 5th International conference "Atmospheric physics, climate, and environment", St. Petersburg, June 27 - July 2, 2010, p. 63.

6. Koval A.V., Gavrilov N.M. Calculation of orographic wave parameters for atmospheric applications // Abstracts of 25th International Laser Radar Conference, St.-Petersburg, 2010, p. 17.

7. Koval A.V., Gavrilov N.M. Three-dimension numerical parameterization of the orographic gravity waves impact in the middle and upper atmosphere // Abstracts of SCOSTEP's Symposium STP12, Berlin, 2010.

8. Коваль А.В., Гаврилов H.M. Использование численной параметризации орографических волн в модели общей циркуляции атмосферы // Труды конференции молодых специалистов, 2010г. г. Обнинск, ГУ НПО "Тайфун". стр.88-91

9. Коваль А.В. "Численная параметризация орографических гравитационных, волн в атмосфере Земли" Физика и Прогресс, С-Петербург, 2007, стр. 17.

Отпечатано копировально-множительным участком отдела обслуживания учебного процесса физического факультета СПбГУ. Приказ № 571/1 от 14.05.03. Подписано в печать 09.11.11 с орнгинал-макета заказчика. Ф-т 30x42/4, Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз., Заказ № 1349. 198504, СПб, Ст. Петергоф, ул. Ульяновская, д. 3, тел. 929-43-00.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Коваль, Андрей Владиславович

Введение

Глава 1 Текущее состояние исследований орографических волн

1.1 Теоретические исследования эффектов орографических 11 волн в средней и верхней атмосфере

1.2 Моделирование воздействия орографических волн

1.3 Наблюдения орографических гравитационных волн в 16 атмосфере

1.4 Влияние орографических волн на глобальный перенос озона

Глава 2 Динамическое и тепловое воздействие стационарных волн

2.1 Введение

2.2 Энергетические характеристики орографических волн во 20 вращающейся атмосфере

2.3 Параметризация воздействия орографических волн

2.4 Численная проверка параметризации.

2.5 Выводы

Глава 3. Влияние орографических волн на циркуляцию атмосферы

3.1 Введение

3.2 Модель средней и верхней атмосферы. 34 3.2.1 Численная реализация параметризации орографических волн

3.3 Среднезональные высотно-широтные распределения 37 скорости ветра и характеристик орографических волн

3.3.1 Распределения в январе месяце

3.3.2 Среднезональные распределения в июле 43 \ 3.3.3 Расчеты для апреля и октября

3.4 Широтно-долготные зависимости в разные сезоны

3.4.1 Глобальная структура зонального ветра и амплитуды орографических волн в январе - феврале

3.4.2 Структура ветра и волновых характеристик в июле - 63 августе

3.4.3 Широтно-долготные распределения в апреле 75 3.4.3 Структура ветра и волновых характеристик в октябре

3.5 Динамическое и тепловое воздействие орографических волн на среднюю атмосферу

3.5.1 Широтно-долготные распределения притоков тепла и 86 волновых ускорений в январе

3.5.2 Распределения в июле

3.5.3 Широтно-долготные распределения в апреле и октябре. 89 3.6 Выводы

Глава 4 Влияние орографических волн на глобальный перенос 93 озона.

4.1 Введение

4.2 Современные представления о глобальном переносе озона.

4.3 Влияние орографических волн на перенос озона общей 94 циркуляцией атмосферы

4.3.1 Потоки озона в январе

4.3.2 Потоки озона в июле 98 4.3.2 Перенос озона в апреле и октябре

4.3 Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Влияние орографических волн на общую циркуляцию и перенос озона в атмосфере"

Волновые движения являются важной и неотъемлемой составляющей динамических процессов на всех высотах. Согласно современным представлениям, для энергетики верхних атмосфер планет существенны притоки энергии из нижележащих слоев атмосферы, причем важное место занимает перенос энергии тропосферных движений внутренними волнами. Важными источниками волн разных масштабов в тропосфере являются метеорологические и турбулентные процессы (ветры в горах, циклонические, мезо и мелкомасштабные вихри, фронты, струйные течения и.т.п.).

При распространении волн от тропосферных источников вверх их амплитуда возрастает вследствие уменьшения плотности атмосферы. На ионосферных высотах волновые процессы становятся важнейшей компонентой динамического режима и оказывают сильное влияние на остальные атмосферные процессы. Диссипация волновой энергии обеспечивает притоки тепла, сравнимые с солнечными. Ионосферные неоднородности, создаваемые гидродинамическими волнами, влияют на условие распространения радиоволн. Ускорения среднего течения, создаваемые волнами, оказывают сильное воздействие на циркуляцию средней атмосферы.

Важным фактором формирования общей циркуляции, температурного режима, и состава средней и верхней атмосферы являются распространяющиеся вверх внутренние гравитационные волны (ВГВ). В последнее время в связи с численным моделированием общей циркуляции возрос интерес к изучению ускорений среднего потока и притоков тепла, создаваемых ВГВ. Интерпретация наблюдений внутренних гравитационных волн и включение эффектов ВГВ в численные атмосферные модели требуют развития простых численных схем, \ которые обеспечивают удовлетворительное описание волновых колебаний за минимальное компьютерное время. Наиболее развиваемые в последнее время - теории возникновения ВГВ при взаимодействии с горами. Также среди источников

ВГВ - конвекция, индустриальные взрывы, возмущения в атмосфере, вызываемые космическими транспортными средствами, движение солнечного терминатора, землетрясения, вулканы, морские волны, циклоны и тайфуны и т.д. Многие из упомянутых источников только периодически присутствуют в атмосфере. Помимо них следует рассматривать и такой важный источник волн как топография поверхности планеты. Набегающий поток ветра взаимодействует с неоднородностями рельефа, в результате возникают стоячие гравитационные.

Решение задачи моделирования распространения отдельных пакетов ВГВ, наблюдаемых в конкретных экспериментах затруднительно, поскольку требует знания мгновенных распределений среднего ветра и температуры во всей толще атмосферы на огромных территориях. Однако, для задачи влияния волн на циркуляцию, тепловой режим средней атмосферы и для ряда других проблем более важны не характеристики отдельных волновых пакетов, а их средние значения за достаточно большие промежутки времени, при расчете которых могут быть использованы существующие модели средних параметров атмосферы

Одним из важных источников ВГВ является топография земной поверхности. Орографические гравитационные волны (ОГВ), возникающие в результате взаимодействия неоднородной по высоте земной поверхности с набегающим атмосферным потоком, могут создавать значительные ускорения среднего потока и притоки тепла, которые могут влиять на общую циркуляцию и тепловой режим атмосферы.

В данной работе исследуется влияние мезосферных волн, генерируемых в тропосфере при обтекании неоднородного рельефа земной поверхности атмосферными потоками, на общую циркуляцию и тепловой режим вышележащих слоев атмосферы. Разработаны параметризации генерации орографических волн и их теплового и динамического воздействия на среднюю и верхнюю атмосферу. Парметризации включены в трехмерную нелинейную модель общей циркуляции средней и верхней атмосферы (МЦСВА). Эта модель позволяет рассчитывать циркуляцию атмосферы на всех высотах от тропосферы до термосферы. Модель учитывает все основные динамические и радиационные процессы, включая возможность генерации распространяющихся планетарных волн вблизи земной поверхности и расчеты с учетом переменного содержания углекислого газа в атмосфере. В качестве начального состояния используется безветренная атмосфера с заданным независящим от широты профилем температуры, который берется из модели США-86. Вертикальный поток массы в модели рассчитывается на каждом временном шаге сверху вниз из уравнения неразрывности с помощью конечных разностей на уровнях, расположенных между уровнями прогностических уравнений для горизонтальных составляющих скорости ветра и температуры. Естественным нижним граничным условием для приливных колебаний является требование обращения в нуль вертикальной скорости на поверхности Земли, записываемое через возмущение геопотенциала, обусловленное приливными колебаниями на нижней границе.

Актуальность темы диссертационного исследования

По современным представлениям, без учета динамического и теплового вклада волн, генерируемых в тропосфере, невозможно построение адекватных моделей динамики и теплового режима верхней и средней атмосферы. Важным и постоянно действующим механизмом генерации мезомасштабных волн является обтекание неоднородностей топографии земной поверхности набегающим потоком ветра. При распространении этих орографических волн в верхние разреженные слои атмосферы их амплитуды растут, и они могут создавать значительные ускорения среднего потока и притоки тепла. В связи с этим изучение мезомасштабных волн включается во все основные российские и международные программы исследования атмосферы и околоземного космического климата.

Цель диссертационной работы

Изучение влияния орографических волн на динамику и температурный режим средней и верхней атмосферы в разные сезоны, а также на глобальный перенос озона.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

1. Получение аналитических выражений для расчета динамических и энергетических характеристик орографических волн с учетом вращения атмосферы.

2. Разработка численной параметризации орографических волн для включения в численные модели глобальной циркуляции атмосферы.

3. Исследование влияния орографических волн на формирование глобальной циркуляции и планетарных волн в атмосфере.

4. Изучение влияния орографических волн на глобальный перенос озона в атмосфере.

Научная новизна

Главной особенностью разработанного метода исследования орографических волн является использование новых математических выражений для расчета характеристик орографических волн с учетом вращения атмосферы. Уточнены поляризационные соотношения для случая стационарных волн. При использовании дисперсионного уравнения и поляризационных соотношений для стационарных волн во вращающейся атмосфере были получены уравнения волнового действия в неоднородной атмосфере, аналогичные полученным ранее для нестационарных волн. Эти уравнения решаются для получения параметров волн для различных атмосферных приложений. Указанные формулы получены в данной работе впервые и ранее при оценках эффектов орографических волн не использовались. \ ~ \

Практическая и научная значимость

Практическая и научная значимость работы заключается в том, что исследование чувствительности численных моделей циркуляции и температурного режима атмосферы к влиянию орографических волн позволяет более точно прогнозировать глобальные климатологические изменения в атмосфере. Также разработка простых параметризаций орографических волн необходима для расчетов с помощью полных численных моделей глобальной циркуляции.

Положения, выносимые на защиту

- полученные аналитические выражения для расчета динамических и энергетических характеристик орографических волн с учетом вращения атмосферы;

- численная параметризация орографических волн для использования в численных моделях глобальной циркуляции атмосферы;

- результаты оценок влияния орографических волн на динамику и температурный режим атмосферы.

- расчеты влияния орографических волн на глобальный перенос озона в средней атмосфере.

Личный вклад автора

Большинство представленных в диссертации результатов получено автором самостоятельно. В опубликованных работах по разработке численной параметризации орографических волн, а также в доработке модели глобальной циркуляции средней и верхней атмосферы автор участвовал в постановке задач, их решении, практических расчетах, математической обработке и подготовке исходных данных, а также в анализе результатов моделирования.

Апробация и публикация работы

Работа выполнялась на физическом факультете СПбГУ. Тема диссертации включена в план работ кафедры физики атмосферы. Результаты работы докладывались на 9-ти российских\ и международных научных конференциях: на молодежной конференции «Физика и прогресс» (Санкт-Петербург, 2007 г.), международных симпозиумах стран СНГ «Атмосферная радиация и динамика» МСАРД-2009 и МСАРД-2011 (Санкт-Петербург, 2009 и 2011 гг.), международной конференции «25th International Laser Radar Conference» IRLC 25 (С-Петербург, 2010 г.), 12-м симпозиуме Международного Научного камитета по Солнечно-Земной Физике «SCOSTEP Symposium STP12» (Берлин, Германия, 2010 г.), школе молодых ученых РГГМУ (С-Петербург, 2010г.), 5-ой международной конференции "Атмосферная физика, климат и окружающая среда" (Санкт-Петербург, 2010 г.), 4-м семинаре по проблеме вертикального взаимодействия в системе атмосфера-ионосфера «4th IAGA/ICMA/CAWSES-II» (Прага, Чехия, 2011 г.), XI-ой международной научно-практической конференции

Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011 г.). Также результаты исследований докладывались на семинарах кафедры физики атмосферы (2007 - 2011 гг.).

Работа выполнена при частичной поддержке Министерства образования и науки российской Федерации в рамках реализации мероприятия 1.1 Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственный контракт №02.740.11.0728 от 05 апреля 2010 г.) по направлению «Геофизика», мероприятия 1.3 федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственный контракт №П107 от 12 апреля 2010 г.) по направлению «Мониторинг и прогнозирование состояния атмосферы и гидросферы», а также Российского фонда фундаментальных исследований (Гранты РФФИ 07-05-00913-а (2007-2009 гг.) и 10-05-00719-а.(2012 - 2014 гг.)).

Основные результаты работы представлены в 9 публикациях, включая

1 в рецензируемом журнале. \

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 68 наимёнований. Работа содержит 110 страниц, 47 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Коваль, Андрей Владиславович

4.4 Выводы.

Для всех рассмотренных сезонов характерно изменение скорости потоков озона на 10 - 15%. Для каждого сезона есть свои особенности. В январе и июле наиболее сильные изменения потоков происходят в северном и южном (зимних) полушариях соответственно, что является следствием более активного распространения орографических волн именно в данных условиях (см. главу 3.3.1 и 3.3.2). В апреле выделяются две зоны генерации орографических волн: на высоких широтах южного полушария и на средних широтах северного. Именно на этих широтах наблюдаются отчетливые изменения вертикальных потоков в стратосфере. Для октября месяца характерно более сильное распространение орографических волн в северном полушарии, представленное на широтах наибольших горных систем, оно приводит к сильным изменениям потоков озона именно в этих областях.

Таким образом, численное моделирование показывает, что учет орографических волн приводит к измению потоков озона и ускорению его переноса в верхней тропосфере и стратосфере в районе максимума озонового слоя. Это необходимо учитывать при моделировании атмосферной глобальной циркуляции и изменений химического состава атмосферы.

Заключение

При выполнении диссертационной работы были получены следующие основные результаты:

1. Получены аналитические выражения для расчета потоков энергии и импульса, волновых ускорений и притоков тепла, создаваемых стационарными орографическими волнами с учетом вращения атмосферы, а также получены уравнение волнового воздействия в неоднородной атмосфере.

2. Разработана параметризация динамического и теплового воздействия орографических волн для включения в модели глобальной циркуляции атмосферы.

3. Выполнено численное моделирование чувствительности общей циркуляции атмосферы и планетарных волн в средней атмосфере к воздействию орографических волн и условиям их генерации в разные сезоны.

4. Выполнены измерения изменений потоков озона в тропо - стратосфере при учете орографических волн.

По результатам научной работы можно сделать следующие выводы:

1. Учет вращения атмосферы в математических соотношениях для орографических волн необходим для расчета вертикального профиля притоков тепла и волновых ускорений стационарными орографическими волнами.

2. Орографические волны создают значительные притоки тепла (до 10-15 К/сут. на высотах 50 км), и ускорений среднего потока (до 20 м с" /сут), что может существенно влиять на общую циркуляцию, планетарные волны и тепловой рея^им средней атмосферы. \

3. В периоды солнцестояний наибольшее влияние орографических волн на общую / циркуляцию средней атмосферы происходит в зимних полушариях. В периоды равноденствия условия распространения орографических волн более равномерные в обоих полушариях. 4. Учет орографических волн приводит к изменениям вертикальных потоков озона, создаваемых общей циркуляцией атмосферы, на 10 - 15% на высотах от 20 до 60 км.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Коваль, Андрей Владиславович, Санкт-Петербург

1. Гаврилов Н.М. Основы численных моделей атмосферной динамики. // СПб., 2007, 96 стр.

2. Гаврилов H. М. Структура мезомасштабной изменчивости тропо-стратосферы по измерениям рефракции радиоволн на спутнике CHAMP. // Изв. РАН, Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43. No. 4. С. 492 -501.

3. Гаврилов H. М. Параметризация динамического и теплового воздействия установившихся внутренних гравитационных волн на среднюю атмосферу // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1989. Т. 25. №3.271-278.

4. Гаврилов H. М. Параметризация динамического и теплового воздействия установившихся внутренних гравитационных волн на среднюю атмосферу. // Изв. АН СССР, физика атмосферы и океана, т. 25, №3, с. 271 -278, 1989.

5. Гаврилов H. М. Распространение внутренних гравитационных волн в верхней атмосфере и их влияние на турбулентность и тепловой режим. // Автореферат канд. дисс. Л: ЛГУ, 1974, 10 с.

6. Груздев А.Н. Влияние озонного нагревания на динамику планетарных волн // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т.21. №11. С. 1148-1159. 1985.

7. Госсард Э. Э., Хук У. X. Волны в атмосфере // М.: «Мир». 1978. 532 С.

8. Марчук Г.И. Численные методы в прогнозе погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 356 с. 1967.

9. Погорельцев А.И. Генерация нормальных атмосферных мод стратосферными васциляциями // Изв. РАН. Физика атмосферы иокеана. Т. 43. №4. С.463-475. 2007.\

10. Погорельцев А.И., Суворова Е.В., Федулина И.Н., Ханна Э., Трехмернаяклиатическая модель распределении озона в средней атмосфере ///

11. Учейые записки. Научно-теоретический журнал. Вып. 10. С-Пб.: изд. РГГМУ. С. 463-475. 2007.

12. Belj aars A.C.M., A. Brown and N. Wood, A new parameterization of turbulent orographic form drag. // Q. J. R. Meteorol. Soc. 130, pp. 1327-1347. 2004.

13. Catry, B., Geleyn, J.-F., Bouyssel, F., Cedilnik, J., Broo, R., Derkova, M., Mladek, R. A new sub-grid scale lift formulation in a mountain drag parameterisation scheme. // Meteorologische Zeitschrift, V. 17, I. 2, Pp. 193208. 2008.

14. Chapman, S. and R.S.Lindzen, Atmospheric tides. // D.Reidel, Norwell, Mass. 201 pp. 1970.

15. Eckermann S. D., I.Hirota and W. K. Hocking. Gravity wave and equatorial wave morphology of the stratosphere derived from long-term rocket soundings. // Q. J. R. Meteorol. Soc. (1994), 121, pp. 149-186., 1994.

16. Eckermann, S. D., and P. Preusse (1999), Global measurements of stratospheric mountain waves from space. // Science. 1999. V. 286. 1534— 1537.

17. Egger, J. Time varying flow over mountains: Temperature perturbations at the surface. // Meteorologische Zeit., V. 18,1. 1, Pp. 101-106., 2009.

18. Fleming E.L., Sushil Chandra, M.R. Shoeberl, and J.J. Barnett, Monthly Mean Global Climatology of Temperature, Wind, Geopotential height, and Pressure for 0-120 km // NASA eypTinn^fl Memorandum 100697. pp. 87. 1988.

19. Forbes, J.M., Atmospheric tides, 1, Model description and results for the solar diurnal component // J. Geophys. Res. V. 87. P. 5222-5240. 1982.

20. Forget F., F. Hourdin, R. Fournier, Ch Hourdin and O. Talagrand, Improved General Circulation Models of the Martian atmosphere from the surface to above 80 km. // J. Geophys. Res. V. 4., No E10.,P. 24155-24175. 1999.

21. Fortuin J.P.F., Langematz U. An update on the global ozone clymatology and on concurrent ozone and temperature trends // Atmospheric Sensing and Modelling, Proc. SPIE 2311. P. 207-216. 1995.

22. Froehlich K., A. Pogoreltsev, and Ch. Jacobi. Numerical simulation of tides, Rossby and Kelvin waves with the COMMA-LIM model // Adv. Space Res. V. 32. No. 5. P. 863-868. 2003.

23. Fritts D. C., and Lu W. Spectral Estimates of Gravity Wave Energy and Momentum Fluxes. Part II: Parameterization of Wave Forcing and Variability // Journal of the Atmospheric Sciences. 1993. SO. 3695-3713.

24. Gavrilov, N. M. On the generation of internal gravity waves in the atmosphere by mesoscale turbulence // M.: Hydrometeoizdat Press. 1988. 7477.

25. Gabriel, A.D., D. Peters, I. Kichner, and H.-F. Graf. Effect of sonally asymmetric ozone on stratospheric temperature and planetary wave propagation // Geophys. Ras. Lett. V. 34. L06807. doi: 10.1029/2006GL028998, 2007.

26. Grisogono B. and L. Enger, Boundary-layer variations due to orographic-wave breaking in the presence of rotation. // Q. J. R. Meteorol. Soc., 130, pp. 2991-3014. 2004.

27. Hedin A. E.J. Geophys Res, V. 96, N. A2. P. 1159-1172. 1991. doi: 10.1029/90JA02125

28. Hines, C. O. A Modeling of Atmospheric Gravity Waves and Wave Drag Generated by Isotropic and Anisotropic Terrain // Journal of the Atmospheric Sciences. 1988. 45 309-322.

29. Jiang Q. and R. B. Smith, Gravity Wave Breaking in Two-Layer Hydrostatic Flow. // Journal if the Atm. Sci., V.60. pp. 1159-1172. 2003.

30. Jiang, J. H., D. L. Wu,\and S. D. Eckermann (2002), Upper Atmosphere Research Satellite (UARS) observation of mountain waves over the Andes. // J. Geophys. Res. 2002. y. 107. No. D20. 8273. doi:10.1029/2002JD002091.

31. Sensitivity, analysis method, and a case study. // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. No. D23. 8178. doi:10.1029/2001JD000699.

32. Randel, W.J., and F. Wu. A stratospheric ozone profile data set for 19792005: Variability, trends, and comparisons with column ozone data. // J.Geophys. Res. V. 112. D06313, doi:10.1079/2006JD007339.

33. Sarin, V.B. , Forichon, M.Le Treut, H. Parameterization and influence of the orographic gravity-wave drag in the LMD-GCM // Mathematical and Computer Modelling, V. 24,1. 4., Pp. 71-84. 1996.

34. Strobel, D.F. Parametrization of the atmospheric heating rae from 15 to 120 rm ue to 02 and 03 absorption of solar radiation // J.Geophys. Res., V. 83. P. 6225-6230. 1978.

35. Scinocca J. F., and McFarlane N. A. The parametrization of drag induced by stratified flow over anisotrophic orography // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2000. V. 126. No. 568. 2353-2393.

36. Scinocca J. F., and B.R. Sutherland, Self-Acceleration in the Parameterization of Orographic Gravity Wave Drag. // Journal if the Atm. Sci., V.67. No. 11. pp. 2537-2546. 2010.

37. Scorer, R. S. (1949), Theory of waves in the lee of mountains, // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 1949. V. 75. No. . 41- 56.

38. Shefov N. N., Pertsev N. N. Orographic disturbances of upper atmosphere emissions // Handbook for MAP. Urbana: SCOSTEP. 1984. V. 10. P. 171175.

39. Shimada, T., Kawamura, H., Wind-wave development under alternating wind jets and wakes induced by orographic effects. // Geophysical Research Letters, V. 33.1. 2. 2006.

40. Smith S., Baumgardner J., Mendillo M. Evidence of mesospheric gravity-waves generated by Orographic forcing in the troposphere // GeopHys. Res. Lett. 2009. V. 36. L08807. doi:10.1029/2008GL036936.

41. Steeneveld G.-J., C/ J. NAPPO, and A.A.M. Holstag, Estimation of Orographically Induced Wave Drag in the Stable Boundary Layer during the

42. CASES-99 Experimental Campaign. // Acta Geophysica, v. 57, no. 4, pp. 857-881 DOI: 10.2478/sl 1600-009-0028-3. 2009.

43. Swinbank R. and D.A. Orland, Compilation of wind data for the Upper Atmosphere Research (UARS) Reference Atmosphere Project // J.Geophys. Res. V. 108, NO. D19, 4615, doi:10.1029/2002JD003135, 2003.

44. Teixeira M. A. C. and P. M.A. Miranda, A linear model of gravity wave drag for hydrostatic sheared flow over elliptical mountains, // Q. J. R. Meteorol. Soc., 132, pp. 2439-2458. 2006.

45. Teixeira M. A. C., P. M.A. Miranda ,J. L.Argain and M. A. Valente, Resonant gravity-wave drag enhancement in linear stratified flow over mountains. // Q. J. R. Meteorol. Soc., 131, pp. 1795-1814. 2005.

46. Teixeira M. A. C. and P. M.A. Miranda, and R. M. Cardoso, Asymptotic gravity wave drag expressions for non-hydrostatic rotating flow over a ridge. // Q. J. R

47. Watanabe, S., Kawatani, Y., Tomikawa, Y., Miyazaki, K., Takahashi, M., Sato, K., General aspects of a T213L256 middle atmosphere general circulation model. // Journal of Geophysical Research D: Atmospheres, V. 113., I. 12, 2008.

48. Wood, N, Brown, A.R, Hewer, F.E, Parametrizing the effects of orography on the boundary layer: An alternative to effective roughness lengths. // Q. J. R, Meteorol.Soc. 127 (573), pp. 759-777. 2001.

49. Worthington R.M. Radar measurement of the effect of boundary-layer saturation on mountain-wave amplitude. // Meteorol Atmos Phys. V. 105,. pp. 29-35 DOI 10.1007/s00703-009-0032-9. 2009.