Ученые предложили новый способ прогнозирования метеорологических бурь
По колебаниям давления на поверхности Земли можно выявить волновые процессы в атмосфере, например, метеорологические бури. Такой способ улучшит понимание и прогнозирование погодных явлений и их последствий в условиях недостатка данных из верхних слоев атмосферы. Методику продемонстрировали ученые подведомственного Минобрнауки России Балтийского федерального университета (БФУ) имени Иммануила Канта.
Энергетическим источником большинства метеорологических явлений является конденсация пара или испарение воды в тропосфере — нижнем, наиболее близком к поверхности Земли слое атмосферы. По такому принципу зарождаются метеорологические бури и тропические циклоны, которые могут сопровождаться сильными грозами, штормовыми ветрами, ливнями. Эти явления генерируют в атмосфере внутренние гравитационные и инфразвуковые волны, которые обладают такой низкой частотой, что человеческое ухо не может их уловить.
Волновые процессы в атмосфере можно отслеживать и использовать в составлении прогнозов и в компьютерном моделировании, однако сложность заключается в нехватке экспериментальных данных с тропосферных высот. В свою очередь эти же процессы вызывают у поверхности Земли колебания атмосферного давления, которые можно успешно зарегистрировать с помощью приборов.
Команда исследователей из БФУ имени Иммануила Канта вместе с коллегами выяснили, как по колебаниям давления на поверхности земли вычислить распространяющиеся в атмосфере инфразвуковые и внутренние гравитационные волны. Ученые рассмотрели волны от локального источника в тропосфере, а также волновые колебания давления на поверхности Земли, которые создаются этим источником. Сравнив их, ученые предложили способ, который позволяет при моделировании заменить обычно неизвестный тропосферный источник волн на колебания давления, регистрируемые на поверхности Земли. На их основе строится специальный модифицированный поверхностный источник, учитывающий, что от тропосферного источника распространяются две волны: одна направлена вверх, а другая — к поверхности Земли, но отражаясь от нее, снова направляется вверх. Таким образом, волновая картина в атмосфере определяется взаимным сочетанием двух этих волн.
«Теперь, используя в расчетах экспериментально регистрируемые изменения давления, можно с большой точностью предсказать волновые колебания в атмосфере от метеорологических бурь, а, следовательно, и спрогнозировать их влияние на атмосферу», — рассказывает Сергей Кшевецкий, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник кафедры физики БФУ имени Иммануила Канта.
В исследовании также приняли участие ученые из Западного отделения Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Пушкова Российской академии наук (Калининград), Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН (Москва) и Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург). Результаты исследования опубликованы в одном из научных журналов.
Рисунок 1. A. Волновые возмущения температуры, создаваемые тропосферным низкочастотным переменным источником тепла с периодом Т = 1800 с при t = 0,5 ч (вверху), t = 1 ч (в середине), t = 2 ч (внизу). B. Волновые возмущения температуры, генерируемые модифицированными низкочастотными вариациями приземного давления при t = 0,5 ч (вверху), t = 1 ч (в середине), t = 2 ч (внизу).
