КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-27-00171

НазваниеСпектры вторичных акустико-гравитационных волн в средней атмосфере по результатам трехмерного прямого численного моделирования

РуководительГаврилов Николай Михайлович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-606 - Верхняя и средняя атмосфера

Ключевые словаакустико-гравитационные волны, средняя и верхняя атмоссфера, численное моделирование, вторичные волны, волновые спектры

Код ГРНТИ37.00.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект связан с решением фундаментальных проблем динамических взаимодействий верхних, средних и нижних слоев атмосферы посредством распространения акустико-гравитационных волн (АГВ) и их тепловых и динамических воздействий. Такие взаимодействия играют важную роль в изменениях погоды и климата различных слоев атмосферы от тропосферы до околоземного космического пространства. Значительное внимание в последнее время уделяется исследованию так называемых «вторичных» АГВ, возникающих в результате неустойчивости и нелинейных взаимодействий "первичных" волновых мод, распространяющихся от атмосферных источников, между собой и со средним потоком. Предварительные оценки показали, что вторичные АГВ при диссипации в средней и верхней атмосфере, способны передавать среднему потоку энергию и импульс , которые сравнимые с непосредственным воздействием первичных волн, генерируемых тропосферными источниками. В условиях сильной нелинейности и неустойчивости первичные АГВ могут быть небольшой "затравкой" для запуска более мощных процессов преобразования энергии движений и вторичные волны могут иметь большие амплитуды. Ввиду значительной дискуссии о роли случайных "триггеров" в поведении нелинейных динамических и климатических систем детальное исследование процессов генерации вторичных волн с помощью трехмерных нелинейных моделей высокого разрешения позволит получить важные новые результаты о поведении геодинамических систем, недоступные другим методам исследования. Конкретной целью проекта является исследование указанных вторичных мод АГВ в атмосфере. Основной трудностью таких исследований является разделение первичных и вторичных волновых мод для анализа их характеристик в реальных наблюдаемых атмосферных ситуациях. В проекте для анализа вторичных АГВ предлагается разработать и использовать новые подходы для моделирования волновых процессов в атмосфере. В качестве основы планируется доработка и применение уникальной трехмерной негидростатической нелинейной схемы численного прямого моделирования распространения и разрушения нелинейных АГВ в атмосфере на высотах от земной поверхности до термосферы, которая была ранее разработана участниками проекта. Принципиальным преимуществом этой численной схемы перед зарубежными аналогами является ее повышенная вычислительная устойчивость в областях разрушения нелинейных волн. Это позволяет корректно моделировать процессы разрушения волн и генерации турбулентности, которые играют ключевую роль в задачах генерации вторичных волновых мод и влияния атмосферных волн на общую циркуляцию, тепловой режим и состав средней и верхней атмосферы. В ходе проекта предполагается разработать эффективные алгоритмы многомерного спектрального анализа результатов численного моделирования для разделения первичных и вторичных мод АГВ, что является непреодолимой проблемой в большинстве предыдущих исследований. Указанные преимущества разрабатываемого подхода позволят получить ряд принципиально новых результатов. В частности, предполагется получить новые данные о формировании универсального спектра АГВ, что позволит продвинуться в понимании механизмов нелинейных взаимодействий АГВ между собой и со средним потоком. Будет выполнено исследование формирования универсального спектра вторичных АГВ во время переходных процессов при «включениях» и «выключениях» волновых источников в атмосфере и при изменениях фоновых ветра и температуры. Будет проведено численное моделирование спектров первичных и вторичных АГВ, генерирумых в областях конвективных, динамических и сдвиговых неустойчивостей. Одним из результатов работы будут схемы учета вторичных АГВ и их динамических и тепловых воздействий в моделях общей циркуляции и климата средней и верхней атмосферы. Планируемое численное моделирование позволит получить принципиально новые результаты об эволюции спектров АГВ на различных уровнях в атмосфере в условиях сильной нелинейности, когда аналитические подходы не применимы. Эти результаты, соответствующие мировому уровню, принципиально важны не только для физики атмосферы, но и для геофизической гидродинамики в целом, поскольку аналогичные взаимодействия нелинейных волн происходят в океане, на Солнце и в других геосферах. Полученные в результате выполнения проекта новые пакеты алгоритмов и блоки компьютерных программ найдут практическое применение при разработке параметризаций динамического и теплового воздействия АГВ в динамических моделях общей циркуляции атмосферы и климата. Расчеты будут проводиться на суперкомпьютерных системах, имеющихся в распоряжении исполнителей. Результаты расчетов предполагается применить для интерпретации наблюдений атмосферных волн и турбулентности с помощью GPS спутников, МСТ и метеорных радаров, аэростатов и других наземных и спутниковых методов. Результаты проекта будут опубликованы не менее чем в 4 статьях в научных журналах, цитируемых в Web of Science, Scopus и РИНЦ.

Ожидаемые результаты
Результаты работ по проекту будут включать: 1. Пакет усовершенствованных компьютерных программ для прямого численного моделирования распространения нелинейных мезомасштабных разрушающихся волн в атмосфере с высоким разрешением, включая блок спектрального анализа первичных и вторичных мод АГВ. 2. База данных о реалистичных профилях температуры и ветра для численного моделирования АГВ на основе анализа данных спутников, атмосферных радаров и оптических наблюдений, а также расчетов общей циркуляции и волновых процессов по модели средней и верхней атмосферы (МСВА). 3. Результаты анализа первичных и вторичных мод АГВ по данным радарных и оптических наблюдений, результаты валидации численной модели АГВ. 4. База данных численного моделирования эволюции первичных и вторичных АГВ в средней и верхней атмосфере после включения и выключения тропосферных волновых источников, при временных и пространственных изменениях фоновых ветра и температуры, а также в областях конвективной и динамической неустойчивости. 5. Не менее 4-х статей с описанием разработанных алгоритмов и результатов численного моделирования процессов генерации вторичных мод АГВ в средней и верхней атмосфере в перечисленных в предыдущем пункте случаях. Значительное внимание в последнее время уделяется исследованию так называемых «вторичных» АГВ, возникающих в результате неустойчивости и нелинейных взаимодействий "первичных" волновых мод, распространяющихся от атмосферных источников, между собой и со средним потоком. В условиях сильной нелинейности и неустойчивости первичные АГВ могут быть небольшой "затравкой" для запуска более мощных процессов преобразования энергии движений и вторичные волны могут иметь большие амплитуды. Ввиду значительной дискуссии о роли случайных "триггеров" в поведении нелинейных динамических и климатических систем детальное исследование процессов генерации вторичных волн с помощью трехмерных нелинейных моделей высокого разрешения позволит получить важные новые результаты о поведении геодинамических систем, недоступные другим методам исследования. Изучение вторичных АГВ является новым для коллектива направлением исследований, которое требует не только нового плана работ, но и разработки новых методов количественного разделения спектров первичных и вторичных мод АГВ. Последняя задача является новой не только для коллектива, но и для всей мировой науки в целом. До настоящего времени вторичные моды АГВ изучались либо с помощью аналитических методов возмущений, либо с применением качественного анализа данных наблюдений и численного моделирования. В настоящем исследовании впервые ставится задача количественного разделения спектров первичных и вторичных АГВ на каждом шаге численного моделирования по времени. Этим объясняется выбор численной модели высокого разрешения АГВ СПбГУ, которая позволяет задавать спектры частот и горизонтальных фазовых скоростей волновых источников для трехмерного численного моделирование первичных нелинейных АГВ. В ходе проекта модель АГВ СПбГУ будет дополнена блоком, вычисляющим спектральные плотности гидродинамических полей на частотах и длинах первичных АГВ на каждом временном шаге и высотном уровне численной модели. Вычитание спектров первичных АГВ даст количественную информацию о вкладе вторичных мод АГВ во все гидродинамические поля. Осуществление этого плана требует разработки эффективных алгоритмов, позволяющих выполнять расчет спектров параллельно с численным моделированием АГВ, чтобы избежать затратных по времени процедур ввода-вывода громоздкой информации при суперкомпьютерном моделировании. Новизной используемой численной модели трехмерных нелинейных гидродинамических волн по сравнению с зарубежными аналогами является корректный учет фундаментальных законов сохранения массы, количества движения и энергии, а также закона возрастания энтропии (см. подробнее п. 4.6). Это позволяет физически правильно определить обобщенные решения гидродинамических уравнений, а также обеспечить устойчивость численной схемы в областях разрушения нелинейных волн, и делает ее применимой в областях генерации вторичных АГВ и случайных турбулентных флуктуаций, где многие вычислительные алгоритмы становятся неприменимыми. Другими положительными особенностями применяемой численной схемы является большая протяженность области моделирования по высоте (от поверхности Земли до термосферы) и возможность использования реалистичных высотных профилей фоновых ветра и температуры. Планируемое в проекте добавление блока спектрального разделения первичных и вторичных волновых мод сделает модель нелинейных АГВ не имеющей аналогов в классе моделей для прямого численного моделирования АГВ и турбулентности. Указанные преимущества используемой модели нелинейных АГВ позволят получить ряд принципиально новых результатов. К ним относятся исследование эволюции первичных и вторичных АГВ во время переходных процессов при «включениях» и «выключениях» волновых источников в атмосфере, при изменениях фоновых ветра и температуры под действием динамических процессов, а также в областях конвективной и динамической неустойчивости фоновых полей температуры и ветра. Такие исследования необходимы для уточнения параметризаций теплового и динамического воздействия АГВ в гидродинамических моделях общей циркуляции и климата средней и верхней атмосферы, развитию которых в последнее время уделяется возрастающее внимание. Примером может служить международная программа "Предсказуемость изменчивого солнечно-земного взаимодействия" (PRESTO), организуемая Научным комитетом по солнечно-земной физике (SCOSTEP) в 2020-2024 гг. Эта программа включает раздел III "Солнечная активность и ее влияние на климат", который предусматривает развитие и применение динамических моделей, описывающих изменение атмосферной циркуляции и климата на высотах вплоть до термосферы. Это требует совершенствования методов изучения и параметризации атмосферных АГВ. Испонители проекта участвуют в программе PRESTO. Актуальность и важность планируемых исследований подтверждается также их соответствием нескольким платформам технологического развития России. Результаты проекта могут изменить существующие представления о волновых движениях и механизмах их воздействия на динамику, тепловой режим и состав атмосферы. Они окажутся принципиально важными не только для динамики атмосферы, но и для геофизической гидродинамики в целом, поскольку аналогичные взаимодействия нелинейных волн происходят в океане, на Солнце и в других геосферах.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проект связан с решением фундаментальных проблем динамических взаимодействий верхних, средних и нижних слоев атмосферы посредством распространения акустико-гравитационных волн (АГВ) и их тепловых и динамических воздействий. Такие взаимодействия играют важную роль в изменениях погоды и климата различных слоев атмосферы от тропосферы до околоземного космического пространства. Значительное внимание в последнее время уделяется исследованию так называемых «вторичных» АГВ, возникающих в результате неустойчивости и нелинейных взаимодействий "первичных" волновых мод, распространяющихся от атмосферных источников, между собой и со средним потоком. В проекте для анализа вторичных АГВ разрабатываются и используются новые подходы для моделирования волновых процессов в атмосфере. В качестве основы дорабатывается и применяется уникальная трехмерная негидростатической нелинейная схема численного прямого моделирования распространения и разрушения нелинейных АГВ в атмосфере на высотах от земной поверхности до термосферы, которая была ранее разработана участниками проекта. Принципиальным преимуществом этой численной схемы перед зарубежными аналогами является ее повышенная вычислительная устойчивость в областях разрушения нелинейных волн. Это позволяет корректно моделировать процессы разрушения волн и генерации турбулентности, которые играют ключевую роль в задачах генерации вторичных волновых мод и влияния атмосферных волн на общую циркуляцию, тепловой режим и состав средней и верхней атмосферы. Результаты, полученные по гранту в 2022 году можно разделить на 4 части : А. Модернизация и разработка блоков компьютерных программ для моделирования мезомасштабных волн и определения параметров вторичных волновых мод; Б. Анализ экспериментальных данных с целью определения параметров акустико-гравитационных волн и расчеты реалистичных профилей фоновых температуры и ветра для численного моделирования; В. Математический анализ и численное моделирование эволюции полей АГВ в средней и верхней атмосфере; Г. Публикация результатов. А.1 В ходе этапа 2022 г выполнена модернизация алгоритмов и программ для указанного 3-мерного прямого суперкомпьютерного моделирования нелинейных мезомасштабных разрушающихся волн в атмосфере. Разработаны блоки программ для вывода данных на фиксированных высотных уровнях и расчета по этим данным энергетических характеристик АГВ. Вычитание спектров первичных волн дает количественную информацию о вкладе вторичных мод АГВ во все гидродинамические поля и их эволюции во времени. А.2 В ходе проекта модель АГВ СПбГУ дополнена программным блоком, вычисляющим спектральные плотности гидродинамических полей на частотах и длинах первичных АГВ. Использование метода наименьших квадратов 4-мерные спектральные плотности для всех анализируемых гидродинамических полей. Используются параллельные вычисления с использованием многоядерных процессоров видеокарт. Б.1. За отчетный период была выполнено совершенствование методов для анализа АГВ по данным наблюдений вариаций характеристик ночных свечений на высотах мезопаузы. Использованы результаты многолетних наземных наблюдений вариаций вращательной температуры возбужденного гидроксила (ОН) на высотах 85 – 90 км, по данным спектральных измерений ночного свечения ОН на российских станциях. Разностная фильтрация позволяет определять амплитуды температурных возмущений с периодами 0.7 – 11 ч, которые могут отражать интенсивность мезомасштабных АГВ. Выполнена обработка указанных выше массивов данных и выявлены интервалы наибольшей активности АГВ, которые являются наиболее перспективными для дальнейшего анализа. Б.2. Указанные экспериментальные данные, база данных метеорологического реанализа MERRA-2 и спутниковые данные использованы для получения гладких профилей средних ветра и температуры с большим разрешением по времени, которые моделируют реалистичные изменения во время различных атмосферных процессов использована модель общей циркуляции средней и верхней атмосферы (МСВА), которая позволяет получить непрерывные профили в области высот от земной поверхности до термосферы (300 км). В.1. Выполнен математический анализ с использованием метода разных масштабов. Этим методом построены формулы для гидродинамических полей АГВ с вертикальными длинами волн, малыми по сравнению с масштабами изменений фоновых полей температуры и ветра. Эти формулы эквивалентны традиционному ВКБ-приближению, но включают в явном виде вертикальные градиенты фоновых полей. Сформулированы и анализируются условия применимости полученных формул для описания распространения АГВ из тропосферы в термосферу. Выполнено численное моделирование распространения спектра АГВ в фоновых полях ветра и температуры, соответствующих координатам станций наблюдений ночных свечений. Обнаружено общее сходство сезонных вариаций модельных амплитуд ВГВ и наблюдаемой дисперсии мезомасштабных возмущений вращательной температуры гидроксила в указанных обсерваториях. Это является свидетельством того, что интенсивность мезомасштабных возмущений температуры вблизи мезопаузы может зависеть от интенсивности ВГВ, распространяющихся из нижней атмосферы, и от профилей фоновых характеристик средней атмосферы на пути распространения волновых пакетов в различные сезоны и в разных географических пунктах. В.2. Выполнено численное моделирование эволюции АГВ в средней и верхней атмосфере после включения и выключения тропосферных волновых источников. После активации поверхностных источников волн амплитуды спектральных компонент АГВ достигают квазистационарного состояния. Затем поверхностное волновое воздействие отключается в численной модели, и амплитуды вертикально движущихся первичных мод АГВ быстро уменьшаются на всех высотах вследствие прекращения восходящего распространения волновой энергии от источника волн. Однако позже амплитуды остаточных и вторичных волновых возмущений испытывает более медленное квази-экспоненциальное снижение. Результаты работ по проекту включают: 1. Пакет усовершенствованных компьютерных программ в виде библиотеки процедур на языке ФОРТРАН, которые реализуют разработанные алгоритмы для вывода данных на фиксированных высотных уровнях и расчета по этим данным энергетических характеристик АГВ, а также вычисляющие спектральные плотности гидродинамических полей. 2. Базу данных о реалистичных профилях температуры и ветра для численного моделирования АГВ на основе анализа данных спутников, атмосферных радаров и оптических наблюдений, а также расчетов по модели общей циркуляции средней и верхней атмосферы МСВА. 3. Результаты анализа АГВ по данным наземных наблюдений вариаций вращательной температуры возбужденного гидроксила (ОН) на высотах 85 – 90 км, по данным спектральных измерений ночного свечения ОН на российских станциях. Выявлены интервалы наибольшей активности АГВ, которые являются наиболее перспективными для дальнейшего анализа. 4. Базу данных содержащую текстовые файлы результатов численного моделирования с высоким разрешением нестационарных, нелинейных АГВ, распространяющихся вверх от тропосферных источников волн для различных временных интервалов относительно времени активации и деактивации волнового воздействия. 5. 2 статьи в журналах, цитируемых в Web of Science и Scopus - см Форму 2о.

 

Публикации

1. Коваль А.В., Диденко К.А., Ермакова Т.С., Гаврилов Н.М., Кандиева К.К. Simulation of changes in the meridional circulation of the middle and upper atmosphere during transitional QBO phases Proceedings SPIE 12341, 1234170, 1234170 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1117/12.2643046

2. Кшевецкий С. П., Курдяева Ю. А., Гаврилов Н. М. Приближение коротких по вертикали волн малой амплитуды в атмосфере с учетом среднего ветра Известия РАН, Физика атмосферы и океана, 59, 1, 44-54 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S0001433823010073

3. Гаврилов Н.М., Попов А.А., Далин П., Перминов В.И., Перцев Н.Н., Медведева И.В., Аммосов П.П., Гаврильева Г.А., Колтовской И.И. Климатология коррелированных мезомасштабных возмущений вращательной температуры гидроксила вблизи мезопаузы Сборник тезисов Всесоюзной конференции "Турбулентность, динамика атмосферы и климата", 22-24 ноября 2022, Москва, ИФА РАН, с. 179, с. 179 (год публикации - 2022)


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Проект связан с решением фундаментальных проблем динамических взаимодействий верхних, средних и нижних слоев атмосферы посредством распространения акустико-гравитационных волн (АГВ), которые играют важную роль в изменениях погоды и климата. Основное внимание уделяется исследованию так называемых «вторичных» АГВ, возникающих в результате неустойчивости и нелинейных взаимодействий "первичных" волновых мод, распространяющихся от атмосферных источников. В проекте для анализа вторичных АГВ разрабатываются и используются новые подходы, основанные на применении уникальной трехмерной негидростатической нелинейной схемы численного прямого моделирования распространения и разрушения АГВ на высотах от земной поверхности до термосферы. Результаты, полученные по гранту в 2023 году можно разделить на следующие части : А. Выполнена валидация блоков компьютерных программ, разработанных на предыдущем этапе работ по проекту для моделирования АГВ и определения параметров вторичных волновых мод, . Преимуществом используемой численной модели трехмерных нелинейных гидродинамических волн по сравнению с зарубежными аналогами является корректный учет фундаментальных законов сохранения массы, количества движения и энергии. Это позволяет обеспечить устойчивость численной схемы в областях разрушения нелинейных волн. В ходе этапа 2023 г усовершенствованные блоки программ были включены в модель АГВ СПбГУ и выполнена проверка их работоспособности. Б.1. Продолжен анализ АГВ по данным наблюдений вариаций характеристик ночных свечений на высотах мезопаузы. Метод цифровых разностных фильтров применен к анализу данных наблюдений вращательной температуры ОН и O2 на высотах 85–95 км фотометрами установленными на станциях мировой наблюдательной сети Rikubetsu, Shigaraki и Sata в Японии в 2010–2018 гг. Исследованы сезонные изменения среднемесячных значений вращательной температуры и дисперсий вариаций с периодами 0.7–11 ч., которые могут быть связаны с внутренними гравитационными волнами в области мезопаузы. Детали междугодовых изменений для вращательной температуры ОН и O2 могут отличаться в связи с разными высотами светящихся слоев. Б.2. Полученные экспериментальные данные о вращательной температуре были использованы для построения реалистичных вертикальных профилей ветра и температуры. Для этого также использована база данных метеорологического реанализа MERRA-2 и спутниковые данные. Этот массив профилей использован для проведения численного моделирования распространения пакетов АГВ в реалистичных условиях. В.1. Выполнено численное моделирование эволюции спектров вторичных АГВ в атмосфере с реалистичными профилями фоновых характеристик. В данной работе впервые выполнено разделение горизонтальных пространственных спектров первичных и вторичных АГВ на фиксированных высотных уровнях в средней и верхней атмосфере в различные моменты времени, которые рассчитываются с помощью трехмерной нелинейной модели высокого разрешения. Показано, что сразу после включения источника плоских волн на нижней границе модели спектр состоит из пика, соответствующего первичной АГВ. Позднее в спектрах появляются пики вторичных волн на горизонтальных волновых числах, кратных волновым числам первичной АГВ. Достаточно быстро количество пиков в коротковолновой области спектра возрастает настолько, что спектр выглядит как квази-непрерывный спектр вторичных АГВ. В.2. Выполнено численное моделирование эволюции АГВ при изменяющихся профилях среднего ветра, содержащих критический уровень. Рассмотрены случаи высотного струйного течения с максимумом на высоте 100 км и страто-мезосферного течения с максимумом на высоте 50 км. В случае высотного струйного течения АГВ диссипируют из-за большой молекулярной и турбулентной вязкости. В случае низкого струйного течения полной диссипации первичной АГВ не происходит и часть волновой энергии проходит через слой, в котором скорость среднего ветра превосходит горизонтальную фазовую скорость волны и распространяется далее в верхнюю атмосферу. В.3. Выполнено численное моделирование АГВ в областях конвективной и динамической неустойчивости профилей средней температуры и ветра. При умеренной амплитуде волнового источника происходит распад АГВ на высотах 100 - 140 км на мелкомасштабные волновые компоненты, создающие тонкие конвективные слои. При большой амплитуде источника волн на нижней границе причиной неустойчивости может быть чередование более теплых и более холодных слоев в профилях первичных волн. В ходе проекта была решена аналитически общая задача о генерации волн источниками тепла. Показано, что тепловой источник всегда генерирует внутренние гравитационные и акустические волны (ВГВ и АВ) одновременно. Построены парциальные источники, ответственные за генерацию АВ и ВГВ по отдельности и оценены их мощности. В.4. Выполнены численные оценки динамического и теплового воздействия первичных и вторичных АГВ в средней и верхней атмосфере. Неустойчивости и неоднородности профилей температуры и ветра могут увеличивать относительные амплитуды вторичных АГВ. Наличие критического уровня в профиле среднего ветра в средней атмосфере приводит к ослаблению первичных АГВ, проникающих в термосферу и к преобладанию вторичных АГВ, оказывающих значительное динамическое и тепловое воздействие на больших высотах. Сразу после включения волнового источника области максимального среднего нагрева в верхней атмосфере соответствуют максимальным вертикальным градиентам горизонтальной скорости, создаваемым прохождением начальных импульсов АГВ. В более поздние моменты модельного времени АГВ формируют струйные течения, которые приводят к увеличению диссипации АГВ за счет молекулярной вязкости и теплопроводности. Выполнены оценки относительных амплитуд и энергии ВГВ и АВ, генерируемых тропосферными тепловыми источниками. Показано, что если характерное время изменения источника больше периода Брента-Вяисяля, то в нижней атмосфере амплитуды и энергии ВГВ более чем на порядок превышают амплитуды генерируемых АВ. В верхней атмосфере амплитуды АВ и ВГВ имеют одинаковый порядок величины. Результаты работ по проекту в 2023 г включают: 1. Базу данных с результатами 3-мерных численных расчетов распространения первичных и вторичных гармоник АГВ в реалистичных вертикальных профилях температуры и ветра. 2. Базу данных с результатами численного моделирования генерации вторичных АГВ в областях конвективной неустойчивости профиля средней температуры. 3. Базу данных с результатами численного моделирования генерации вторичных АГВ при изменениях средних ветра и температуры; 4. Базу данных с результатами численного моделирования генерации вторичных АГВ в областях динамической неустойчивости профиля среднего ветра. 5. Базу данных с результаты анализа АГВ по данным наземных наблюдений вариаций вращательной температуры возбужденного гидроксила (ОН) на высотах 85 – 90 км, по данным спектральных измерений ночного свечения ОН в обсерваториях Звенигород (56° с. ш., 37° в. д.) в 2004 – 2016 годах, Торы (52° с. ш., 103° в. д.) в 2012 – 2017 гг. и Маймага (63° с. ш., 130° в. д.) в 2000 – 2015 гг., а также на станциях Rikubetsu (43.5N, 143.8E) Shigaraki (34.8N, 136.1E) и Sata (31.0N, 130.7E) в Японии в 2010–2018 гг 6. Результаты численных оценок воздействия первичных и вторичных АГВ в средней и верхней атмосферы. С использованием указанных выше баз данных рассчитаны файлы с таблицами дисперсий первичных и вторичных АГВ для различных фоновых полей температуры и ветра на разных высотах атмосферы. Наличие критического уровня в профиле среднего ветра в средней атмосфере приводит к ослаблению первичных АГВ, проникающих в термосферу и к преобладанию вторичных АГВ, оказывающих значительное динамическое и тепловое воздействие на больших высотах. 7. Результаты этапа 2023 г опубликованы в 4-х статьях, цитируемых в Web of Science, Scopus, РИНЦ и других библиографических базах данных, а также были представлены в 6-и докладах на очных российских и международных конференциях.

 

Публикации

1. Гаврилов Н.М., Кшевецкий С.П., Коваль А.В. Эволюция спектра вторичных акустико-гравитационных волн после включения волнового источника в модели высокого разрешения Сб. Атмосферная радиация и динамика, Изд-во ВВМ, Санкт-Петербург,, 211-214 (год публикации - 2023)

2. Гаврилов, Н. М., Кшевецкий, С. П. Identification of spectrum of secondary acoustic-gravity waves in the middle and upper atmosphere in a high-resolution numerical model. Solar-Terrestrial Physics, 9, 3, 86–92 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.12737/stp-93202310

3. Ефимов, М.М., Гаврилов, Н.М., Кшевецкий, С.П., Коваль, А.В., Numerical simulation of the spectrum of secondary acoustic-gravity waves in the middle and upper atmosphere Proceedings of SPIE, 12870, 127807C (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1117/12.2690531

4. Попов А.А., Гаврилов Н.М. Внутренние гравитационные волны вблизи мезопаузы по наблюдениям ночных эмиссий гидроксила и кислорода в Японии Сб. Атмосферная радиация и динамика, Изд-во ВВМ, Санкт-Петербург,, 234-236 (год публикации - 2023)


Возможность практического использования результатов
Формирование научного и технологического задела для улучшения параметризаций динамического и теплового воздействия атмосферных волн в целях усовершенствования технологий численного моделирования и предсказания погоды и климата средней и верхней атмосферы.