Том 60, № 1 (2024)

Проводится сравнительный анализ свойств двумерных инфинитезимальных периодических возмущений, распространяющихся по поверхности несжимаемой жидкости в различных представлениях плотности среды. Рассматриваются стратифицированные и однородные по плотности вязкие или идеальные жидкости. Расчеты проводятся методами теории сингулярных возмущений. Приведены дисперсионные соотношения и графики зависимостей фазовых и групповых скоростей для поверхностных волн в физически наблюдаемых переменных. Отмечается изменение смысла дисперсионных соотношений при переходе от идеальных жидкостей к вязким, а также от однородных к стратифицированным. Учет влияния электрического заряда качественно не изменяет характер двумерных дисперсионных соотношений. Повышение поверхностной плотности электрического заряда приводит к уменьшению длины волны при фиксированной частоте и не оказывает заметного влияния на тонкую структуру периодического течения.

Проанализированы основные мультифрактальные свойства временных рядов средней, максимальной и минимальной суточной температуры с использованием метода мультифрактального флуктуационного анализа. В качестве исходных данных привлекались результаты инструментальных наблюдений за приземной температурой воздуха, выполненных на метеостанции Цугшпитце в период с 1 августа 1900 г. по 31 января 2023 г. В целом вариации средней, максимальной и минимальной суточной температуры демонстрируют мультифрактальное поведение, особенно для малых временных масштабов примерно до 90 сут. В ходе анализа обобщенного показателя Херста установлено, что рассматриваемые временные ряды имеют долгосрочную положительную корреляцию и что мультифрактальность слабее при больших флуктуациях. Спектр сингулярности для всех временных рядов усечен влево, что означает, что временные ряды имеют мультифрактальную структуру, нечувствительную к локальным флуктуациям больших величин.

Аппроксимация турбулентных моментов конвективного слоя атмосферы выполнена на основе варианта локальной теории подобия, использующего понятия полуэмпирической теории турбулентности Прандтля. В предложенном варианте локальной теории подобия в качестве базовых параметров приняты второй момент вертикальной скорости и “спектральный” путь перемешивания Прандтля. Такой подход позволяет распространить теорию Прандтля на турбулентные моменты вертикальной скорости и плавучести и дополнительно предложить более десяти новых аппроксимаций. Рассмотрено сопоставление предложенной аппроксимации с другими вариантами теории локального подобия. Показано, что выбранные базовые параметры значительно улучшают соответствие аппроксимаций локального подобия с экспериментальными данными. Аппроксимации согласуются с наблюдениями в турбулентном конвективном ярусе атмосферы, верхняя граница которого практически соответствует нижней границе температурной инверсии. Аналитические аппроксимации локального подобия могут найти приложения при построении замыканий моментов высокого порядка в вихре разрешающих численных моделях турбулентности, а также при конструировании “mass-flux” параметризации.

Иллюстрируются возможности использования данных СВЧ-радиометрических измерений со спутников EOS Aqua и GCOM-W1 для изучения влияния тропических волн в Атлантике на процессы зарождения урагана Lorenzo (2007) и штормов Mattew (2004), Colin (2016) в Мексиканском заливе путем мониторинга пространственно-временной изменчивости полей водяного пара в заливе. Приведены примеры использования спутниковых изображений полей влажности атмосферы, полученных со спутников DMSP, EOS Aqua, демонстрирующие процессы трансформации тропических волн в атлантические ураганы Bonnie (1998), Frances (2004), Ivan (2004).

Адекватное описание взаимодействия атмосферы и океана остается одной из важнейших проблем современной океанологии и климатологии. Чрезвычайно широкое многообразие физических процессов, происходящих в сопряженных слоях, большой диапазон масштабов, подвижная граница – все это значительно усложняет создание моделей, которые позволяли бы с необходимой точностью рассчитывать физические характеристики в обеих средах. В работе рассматривается временная изменчивость динамических параметров в приводном слое атмосферы и в приповерхностном слое моря на малых и субмезомасштабах от одного до нескольких десятков часов. Собранные экспериментальные данные показывают очень высокую корреляцию между динамической скоростью ветра и интенсивностью турбулентности в верхнем слое моря на всех регистрировавшихся масштабах. Важной отличительной особенностью всех измеренных физических величин в обеих средах является наличие квазипериодических колебаний с различными периодами. Для более точного описания потока импульса из атмосферы предлагается нестационарная модель турбулентного обмена в приповерхностном слое моря, учитывающая квазипериодичность в интенсивности динамического взаимодействия атмосферы и моря на этих масштабах. В модели используются уравнения баланса импульса и турбулентной энергии, система уравнений решается численно, результаты расчетов сопоставляются с другими моделями и с экспериментальными данными. Показано, что учет нестационарности ветрового воздействия улучшает соответствие расчетов и экспериментальных данных. Отмечено, что в нестационарном случае поток импульса из атмосферы и интенсивность турбулентности в приповерхностном слое моря возрастают по сравнению с действием постоянного ветра той же продолжительности.

Поэтому многочасовые или многосуточные осреднения, часто используемые в глобальных моделях, могут заметно занижать интенсивность динамического взаимодействия атмосферы и океана.