Параметры внутренних гравитационных волн по наблюдениям серебристых облаков в Якутске

Серебристые облака (полярные мезосферные облака) представляют собой скопление ледяных кристаллов размером 10–100 мкм на высоте 80–85 км, имеющих толщину всего в несколько километров, подсвеченных солнечными лучами. Характерной особенностью серебристых облаков является то, что они с Земли наблюдаются только в сравнительно узких широтных поясах северного и южного полушарий. Они являются видимым индикатором волновых процессов в верхней атмосфере. Использование современных методов наблюдений и обработки данных позволяют прослеживать их эволюции и по этим параметрам изучать основные динамические характеристики верхней атмосферы – скорость и направление ветра, атмосферно-гравитационные волны – и попытаться установить их источники. В статье приведены результаты исследования особенностей параметров внутренних гравитационных волн по наблюдениям серебристых облаков. Фотографические наблюдения проводились при помощи цифровых фотокамер и камеры телефона. При помощи синхронных триангуляционных наблюдений однотипными камерами в г. Якутске и с. Октемцы удалось измерить высоту серебристых облаков. Проанализированы редкие случаи распространения волн различного вида и их параметры: длины волн, скорости и направления их распространения. Также описывается случай наблюдения серебристых облаков, связанных с так называемым мезосферным бором – выделяющимся волновым фронтом, распространяющимся по волноводному каналу, и визуально разделяющим область свечения, уже вовлеченную в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли. Предполагается, что источниками волновых возмущений являются атмосферные фронты и обтекание воздушных масс горных хребтов.

1. Gadsden M, Schroder W. Noctilucent clouds. Berlin; New-York: Springer-Verlag, 1989.

2. Thomas GE. Solar Mesosphere Explorer measurements of polar mesospheric clouds (noctilucent clouds). J of Atmos and Terrestrial Phys, 1984;46(9):819-824.

3. McClintock W, et al. The Cloud Imaging and Particle Size experiment on the Aeronomy of Ice in the Mesosphere mission: Instrument concept, design, calibration, and on-orbit performance. J Atmos Solar-Terr Phys, 2009;71(3-4):340-355.

4. Fritts DC, Isler JR, Thomas GE, et al. Wave breaking signatures in noctilucent clouds. Geophys Res Lett, 1993;20(19):2039-2042.

5. Thomas GE, Olivero J. Noctilucent clouds as possible indicators of global change in the mesosphere. Adv in Space Res, 2001;28(7):937-946. doi:10.1016/S0273-1177(01)80021-1.

6. Dalin P, Pertsev N, Zadorozhny A, et al. Ground-based observations of noctilucent clouds with a northern hemisphere network of automatic digital cameras. J Atm Solar-Terr Phys, 2008;70:1460-1472.

7. Sugiyama T, Ammosov P, Gavrilyeva GA, et al. Recording Images of Noctilucent Clouds in (Extended Abstract) Russia from 1999. Tohoku Geophys Journ (Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. 5), 2001;36(2):251-252.

8. Вдовиченко, В. Д. Мезосферные серебристые облака. Проблема и решение : Монография / В. Д. Вдовиченко, Г. А. Кириенко. – Алматы : RISO, 2012. – 286 с.

9. Буров, М. И. Определение проекции серебристых облаков на земную поверхность фотограмметрическим методом / М. И. Буров // Труды совещания по серебристым облакам (III). – Таллин, 1962. – С. 90–104.

10. Бронштэн, В. А. Серебристые облака и их наблюдение / В. А. Бронштэн. – Москва : Наука, 1984. – 119 с.

11. Taylor MJ, Turnbull DN, Lowe RP. Spectrometric and imaging measurements of a spectacular gravity wave event observed during the ALOHA-93 campaign. Geophys Res Lett, 1995;22:2849-2852. doi:10.1029/95GL02948.

12. Dewan E, Picard R. Mesospheric bores. J Geophys Res, 1998;103:6295-6306. doi:10.1029/97JD02498.

13. Триккер, Р. Бор, прибой, волнение и корабельные волны / Р. Триккер. – Ленинград : Гидрометеоиздат, 1969. – 288 с.

14. Fritts DC, Kaifler N, Kaifler B, et al. Mesospheric bore evolution and instability dynamics observed in PMC Turbo imaging and Rayleigh Lidar profiling over Northeastern Canada on 13 July 2018. J Geophys Res Atmos, 2020;125, e2019JD032037. https://doi.org/10.1029/2019JD032037

15. Hozumi Y, Saito A, Sakanoi T, et al. Mesospheric bores at southern midlatitudes observed by ISS-IMAP/VISI: a first report of an undulating wave front. Atmos Chem Phys, 2018;18:16399-16407. doi: https://doi.org/10.5194/acp-18-16399-2018.

16. Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения : курс лекций и практических занятий / Ю. В. Визильтер, С. Ю. Желтов, А. В. Бондаренко [и др.] – Москва : Физматкнига, 2010.

17. Dalin P, Pogoreltsev A, Pertsev N, et al. Evidence of the formation of noctilucent clouds due to propagation of an isolated gravity wave caused by a tropospheric occluded front. Geophys Res Lett, 2015;42:2037-2046. doi: 10.1002/2014GL062776.

18. Yue J, et al. Concentric gravity waves in polar mesospheric clouds from the Cloud Imaging and Particle Size experiment. J Geophys Res Atmos, 2014;119:5115-5127. doi:10.1002/ 2013JD021385.

19. Hines CO. A possible source of waves in noctilucent clouds. J Atmos Sci, 1968;25:937-942.

20. Miao J, Gao H, Kou L, et al. A Case Study of Midlatitude Noctilucent Clouds and Its Relationship to the Secondary Generation Gravity Waves Over Tropopause Inversion Layer. J Geophy l Res Atmos, 2022:127. 10.1029/2022JD036912.

21. Орографически обусловленные вариации эмиссий верхней атмосферы / Н. Н. Шефов, Н. Н. Перцев, М. В. Шагаев, В. Н. Яров // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. – 1983. – Т. 19. – № 9. – С. 920–926.

22. Li Q, Xu J, Yue J et al. Investigation of a mesospheric bore event over northern China. Ann Geophys, 2013;31:409-418. doi:10.5194/angeo-31-409-2013.