Том 60, № 6 (2024)

Проведено вихреразрешающее моделирование динамики турбулентного воздушного потока над взволнованной водной поверхностью, несущего капли. Рассматриваются достаточно мелкие капли (с диаметром до 300 микрон), что позволяет пренебречь их деформацией; не учитываются также столкновения капель между собой и их испарение и теплообмен с воздухом. Массовая концентрация капель задается достаточно малой, что позволяет пренебречь их воздействием на поток; поверхностная волна считается заданной, неизменяющейся под действием капель и ветра. Численная модель основана на решении трехмерных, отфильтрованных по подсеточным флуктуациям уравнений движения воздушной фазы в эйлеровой формулировке и лагранжевых уравнений движения отдельных капель. Для замыкания подсеточных напряжений в уравнении для скорости воздуха используется концепция турбулентной вязкости, где кинетическая энергия неразрешаемых расчетной сеткой пульсаций определяется решением прогностического уравнения. Проведена верификация модели сравнением с результатами прямого численного интегрирования полных уравнений динамики воздушной и дисперсной фаз. Получены фазово-осредненные профили скорости, потока импульса воздуха и концентрации капель для различных значений числа Рейнольдса несущего потока (до 10⁵) и сценариев инжекции капель в поток.

Выполнены натурные измерения морского волнения у берегов о-ва Сахалин с помощью антенны из трех датчиков донного давления. Проанализирована устойчивость статистических характеристик, определяемых независимыми приборами в составе антенны. Распределение вероятностей высот волн качественно соответствует распределению Глуховского, но демонстрирует меньшую вероятность возникновения высоких волн. Восстановлены пространственно-временные спектры волн. Показано, что угловое распределение спектральной плотности волн за двое суток измерений хорошо описывается теоретическим распределением, а его ширина варьируется в диапазоне 50–90 градусов; доминирующим является движение волн с северо-востока. Предложен независимый способ определения локальной глубины места измерения по данным с антенны.

Представлены результаты определения общего содержания озона (ОСО) из спектров уходящего теплового инфракрасного излучения, измеренных прибором ИКФС-2 с борта космического аппарата «Метеор-М» № 2 за 8 лет измерений. Разработанная ранее методика для интерпретации спектральных измерений, выполненных в 2015–2020 гг. с шириной полосы сканирования (ШПС) 1000 км, применена к измерениям 2021–2022 гг. с ШПС 1500 км. Показано, что наблюдаемый при этом рост разностей между данными ИКФС-2 и результатами независимых измерений вызван не расширением статистики изменчивости ОСО, а увеличением диапазона изменения угла сканирования. После доработки методики для измерений с ШПС 1500 км сравнение с независимыми данными показало, что среднеквадратичные отклонения разностей с результатами наземных и спутниковых измерений за все 8 лет не превосходят 3% и не увеличились по сравнению с первыми 6 годами измерений. Для анализа результатов в полярных областях полученные из спектров ИКФС-2 значения ОСО сравниваются с данными озонозондирования, которое выполняется непрерывно в течение всего года, включая полярную ночь. Показано хорошее качественное согласие данных ИКФС-2 и озонозондирования, включая зимне-весенние периоды экстремального уменьшения ОСО в высоких широтах обоих полушарий. Среднеквадратичные отклонения разностей данных ИКФС-2 и величин ОСО по данным озонозондирования составили для разных станций от 5.3 до 11% (17–33 е. Д.), или в среднем по всем станциям 7.9%, что согласуется с неопределенностью оценок интегрального содержания озона в вертикальном столбе по данным озонозондирования.

В последнее десятилетие было показано, что в большинстве случаев атмосферный лед состоит из смеси льдов Ih и Ic, он называется льдом с нарушением укладки или штабелированным льдом Isd (stacking disordered ice). Кроме того, стало известно о существовании еще одной кристаллической модификации льда, названной льдом 0. Лед 0 является переходной формой от глубоко переохлажденной воды ко льдам Ih и Ic, образующимся при температуре ниже -23°C (при низких давлениях). По этой причине возник вопрос о возможности образования в структуре льда Isd льда 0. Для выяснения вопроса были выполнены лабораторные эксперименты по получению слоев льда 0 на поверхности льда Ih, а также диэлектрические измерения материала атмосферного льда из выпавшего града. Полученные результаты подтвердили возможность образования льда 0 в структуре штабелированного льда Isd. Особым свойством такой структуры является появление контактных слоев с высокой электропроводностью, что существенно изменяет электрофизические характеристики ледяных частиц. Например, в частицах малых размеров возникают резонансы плазмонных колебаний, которые влияют на перенос электромагнитного излучения в облачных образованиях. Изучение электромагнитных свойств малых ледяных частиц, содержащих лед 0, и их особенностей в различных областях атмосферы позволит решать ряд важных задач. К ним можно отнести уточнение радиационного баланса земной поверхности, грозовые явления, перенос излучения в облачных образованиях и физико-химические процессы в аэрозолях и снежных покровах.