Том 60, № 3 (2024)

Наличие дрейфового течения осложняет анализ дисперсионного соотношения для ветровых волн. В общем случае это соотношение получается из анализа уравнения Рэлея, которое не имеет для произвольного профиля скорости аналитического решения. В предельном случае, когда длина гравитационно-капиллярной волны существенно меньше характерной толщины течения, можно использовать простое доплеровское приближение. Но в общем случае это приближение не применимо, и требуется учитывать вертикальный профиль горизонтальной скорости до глубины, соответствующей рассматриваемым длинам волн. Профиль дрейфовой скорости определялся методом цифровой трассерной визуализации. Для получения пространственно-временных спектров волн с высоким разрешением по времени и пространству использовался цветной шлирен-метод. Небольшая добавка додецилсульфата натрия позволила оценить влияние растворимых примесей на структуру дрейфового течения и изменить соотношение между толщиной дрейфового слоя и длиной гравитационно-капиллярной волны. В работе применен алгоритм численного расчета дисперсионного соотношения для известного профиля скорости. Показано, что уравнение Рэлея хорошо описывает дисперсионное соотношение в ветровом канале в условиях, когда влияние профиля велико и не сводится к простым доплеровским поправкам. Таким образом, отклонения в получаемых в геофизике дисперсионных соотношениях от простых приближений могут соответствовать разным соотношениям между длинами волн и толщиной дрейфового течения.

Современные изменения климата Земли обусловлены нарушениями её радиационного баланса (РБ). В работе проанализированы изменения одной из компонент РБ – среднегодовых и среднемесячные глобальных и широтных значений уходящего теплового излучения или собственного излучения Земли (СИЗ) в спектральной области 660–1300 см^-1 за период 2015–2022 гг. по измерениям ИК Фурье-спектрометра ИКФС-2, расположенного на борту спутника “Метеор-М” № 2.

В работе показано, что СИЗ на глобальном масштабе в спектральной области 660–1300 см^-1 в среднем уменьшается за период 2015–2022 гг. Так, среднее глобальное интегральное излучение в этом же диапазоне длин волн уменьшилось на ~0.5 Вт м^-2 за 2015–2022 гг. Наиболее выраженное уменьшение СИЗ наблюдается в тропиках, а наименее выраженное – в полярных широтах. Кроме того, в тропиках наблюдается отрицательный тренд интегрального СИЗ (до 0.95–1.3±0.1 Вт м^-2 за 8 лет) с относительно высоким коэффициентом детерминации (0.46–0.57), тогда как в полярных и средних широтах выраженного тренда не наблюдается.

В настоящей работе обсуждаются параметризации процессов турбулентного перемешивания в моделях внутренних водоемов (озер и водохранилищ), допускающие возможность поддержания турбулентных пульсаций при сильно устойчивой стратификации и наличии малых сдвигов скорости. Предложена параметризация турбулентного числа Прандтля, которая учитывает неградиентую поправку на поток массы и зависит от двух параметров – параметра анизотропии, описывающего различия в вертикальном и горизонтальном масштабах корреляции поля плотности, и максимального потокового числа Ричардсона. Показано, что значение максимального потокового числа Ричардсона и, как следствие, асимптотика увеличения турбулентного числа Прандтля при сильной устойчивости связаны с различиями в интегральных масштабах времени, определяемых скоростью диссипации кинетической или потенциальной энергии и интенсивностями флуктуаций соответствующих полей, что согласуется с данными прямого численного моделирования сдвиговой турбулентности. Параметр анизотропии задает переходный режим – от нейтральной стратификации к сильной устойчивости. С использованием предложенной параметризации проведены эксперименты по воспроизведению термического и биохимического режима внутренних водоемов (оз. Куйваярви и Рыбиского водохранилища). Результаты показывают, что распределение биохимических концентраций, процессы газообмена в большей степени чувствительны к заданию максимального потокового числа Ричардсона.

В статье приведен обзор цикла работ, направленных на создание региональной модели, основанной на адаптированной к условиям внутреннего водоема спектральной волновой модели WAVEWATCH III с использованием атмосферной модели WRF. Адаптация и верификация моделей проведена на базе результатов серии натурных экспериментов по исследованию ветроволнового режима Горьковского водохранилища в 2012–2019 гг. с использованием автономной буйковой станции на базе океанографической вехи Фруда. В рамках модели WAVEWATCH III был проведен анализ влияния на результат моделирования и последующая подстройка параметров параметризации ветровой накачки WAM 3, а также схемы приближенного вычисления интеграла Больцмана Discrete Interaction Approximation (DIA). В рамках модели WRF проведены расчеты с использованием различных параметризаций планетарного пограничного слоя и приповерхностного слоя атмосферы, показано преимущество использования метода вихреразрешающего моделирования. Помимо обзора в работе приведены предварительные результаты объединения волновой и атмосферной моделей, позволяющего настроить взаимообмен параметрами между моделями на каждом шаге по времени.

В работе представлена методика измерения температуры неоднородной подстилающей поверхности с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Для апробации методик представлены измерения над различными ландшафтами: аридная зона с барханами, болото в умеренных широтах, субарктический город и сочетание естественных и антропогенных ландшафтов в Арктике. Использован измерительный комплекс на базе квадрокоптера DJI Mavic 2 Zoom с установленным тепловизором Flir TAU2R. Разработаны методы коррекции возникающих аппаратных погрешностей. Для получения детализированных данных о пространственном распределении яркостной температуры поверхности использован метод построения ортомозаик. В разное время суток получены тепловые карты поверхностей с неоднородностями рельефа (барханы), неоднородностью увлажненности (болота), урбанизированных территорий в полярных и субполярных условиях.

Показано, что тепловые контрасты могут достигать первых десятков °C на площади 10–20 га как на фоне дневного прогрева, так и ночного выхолаживания поверхности, и могут оказывать существенное влияние на пространственное распределение характеристик теплообмена атмосферы и подстилающей поверхности. Разработанные методы рекомендованы для построения тепловых карт поверхности с использованием тепловизионной техники.

Статья подготовлена на основе устного доклада, представленного на IV Всероссийской конференции с международным участием “Турбулентность, динамика атмосферы и климата”, посвященной памяти академика А. М. Обухова (Москва, 22–24 ноября 2022 г.).