Анализ теплового и динамического взаимодействия океана и атмосферы на основе спутниковых СВЧ-радиометрических данных

• Автор: Гранков, Александр Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ МЕТОДАМИ СПУТНИКОВОЙ СВЧ-РАДИОМЕТРИИ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ТЕПЛОВОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ
1.1. Пути использования спутниковых СВЧ- и ИК-радиометрических измерений для анализа тепловых потоков на границе раздела океана и атмосферы
1.2. Параметры теплового и динамического взаимодействия океана и атмосферы, непосредственно определяемые спутниковыми СВЧ-радиометрическими методами
1.3. Возможности использования спутниковых СВЧ-радиометрических методов для определения метеопараметров приводного слоя атмосферы
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВЧ- И ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ СОА И АНАЛИЗ ИХ ВЗАИМОСВЯЗИ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ТЕПЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ
2.1. Чувствительность поля СВЧ- и ИК-излучения СОА к мезометеорологическим колебаниям интенсивности тепловлагообмена между пограничными слоями океана и атмосферы [87]
2.2. Взаимосвязь яркостной температуры СОА с интенсивностью теплового взаимодействия океана и атмосферы в синоптическом диапазоне временных масштабов [27, 28]
2.3. Взаимосвязь интенсивности собственного излучения СОА в СВЧ- и ИК-диапазонах с климатическими разностями температур воды и воздуха [26]
2.4. Яркостная температура СОА как характеристика сезонной и межгодичной динамики теплового взаимодействия океана и атмосферы [24, 25]
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОСВЯЗИ ЯРКОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СОА С ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ТЕПЛОВОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ НА СИНОПТИЧЕСКИХ МАСШТАБАХ И НЕКОТОРЫЕ РЕУЛЬТАТЫ ИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Использование формул тепловлагообмена между океаном и атмосферой при усвоении спутниковых СВЧ-радиометрических измерений (по данным эксперимента АТЛАНТЭКС-90) [86]

3.2. Экспериментальное исследование взаимосвязи яркостной температуры с синоптическими потокашт тепла и импульса (по данным экспериментов АТЛАНТЭКС-90 и НЫОФАЭКС-88) [28, 29]
3.3. Экспериментальное исследование взаимосвязи яркостной температуры с параметрами СОА во фронтальных зонах [31]
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ НА СЕЗОННЫХ И КЛИМАТИЧЕСКИХ МАСШТАБАХ С ПОМОЩЬЮ РАДИОМЕТРА ББМЛ
4.1. Спутниковые оценки среднемесячных значений яркостной температуры СОА интегральных параметров атмосферы и скорости приводного ветра
4.2. Оценки среднемесячных значений тепловых потоков в Северной Атлаганке по данным измерений радиометра ЗвМТ ИСЗ Е-
4.3. Оценки многолетних (климатических) вариаций тепловых потоков в Северной Атланптке по данным измерений радиометра БЭМД спутников БМБР [32]
ГЛАВА 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СПУТНИКОВЫХ СВЧ-РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ
5.1. Радиометр МТВЗА ИСЗ Метеор-ЗМ и его возможности [117]
5.2. Проект создания российского океанологического специализированного ИСЗ "РОСС-1"
5.3. Другие спутниковые проекты, перспективные для изучения проблем взаимодействия океана и атмосферы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В диссертации исследуются возможности применения спутниковых СВЧ-радиометрических (радиотеплолокационных) методов для анализа теплового и динамического взаимодействия океана и атмосферы на различных масштабах времени -мезометеорологических (часы, сутки), синоптических (недели), сезонных (месяцы) и многолетних (6-10 лет). Выявлены основные механизмы взаимосвязи интенсивности собственного СВЧ-излучения системы океан-атмосфера (СОА) с процессами тепловлагосбмена на границе раздела системы, а также продемонстрированы потенциальные возможности использования данных СВЧ-радиометрических измерений с ИСЗ для опенки характеристик адвекции и аккумуляции тепла в пограничном слое атмосферы. В качестве приоритетных областей океана для решения этих задач выбраны средние и высокие широты Северной Атлантики, оказывающие сильное влияние на погодные условия и климатические тенденции в Европе и европейской территории России.
Актуальность проблемы. Разработка методов анализа взаимодействия океана и атмосферы как фактора годового хода и межгодовой изменчивости климата является
В2.ЖНЫМ SCnCKTOM ИССЛСДОБаНКИ С ТОЧКИ ЗрСКИЯ МСЖДуНарОДНЫХ ПрОГрДММ, ТЯгСИХ КаК
Всемирная программа исследований климата (ВПИК), Международная геосферно-биосферная программа (МГБП), Global Change Research Program, Earth Observing System (EOS), Climate Variability and Predictability (CLIVAR). Актуальность этой тематики для национальных интересов России отражена в разделе 3 Федеральной целевой программы "Исследования природы Мирового океана", а также в разделе 10 "Создание единой общегосударственной системы информации об обстановке в Мировом океане". Резкое сокращение в нашей стране экспедиционных судовых исследований Мирового океана выдвигает спутниковые средства в ряд наиболее перспективных для решения этой проблемы. К тому же судовые и буйковые средства в принципе не обеспечивают . необходимую для системы глобальных наблюдений пространственную частоту' и-временную регулярность измерений.
В 80-х к 90-х годах накоплен определенный опыт использования методов спутниковой СВЧ- и ИК-радиометрии для анализа теплового взаимодействия между океаном и атмосферой . на основе данных радиометров SSMR (ИСЗ NIMBUS 7), SSM/I (DMSP) и AVHRR (NOAA). Разработаны и апробированы методы определения среднемесячных значений потоков скрытого (латентного) тепла на границе раздела океана и атмосферы и их

Öä, °С 26 - ^

II IV VI VIII X XII Месяцы года

2,о-і-^—і—■—і—■—і—■—і 18 20 22 24
Та °С
Рис. 1.6. Годовой ход среднемесячных значений интегрального влагосодержания атмосферы Q и температуры приводной атмосферы Та (а) на острове Мидвэй (Midway) в Тихом океане (28,2° N, 177,4° W) и линейная регрессия между ними: Q - данные интерпретации измерений радиометра SMMR ИСЗ Nimbus 7 из [83], усредненные за период 1980-1983 гг.; Та - климатические (среднемноголетние) данные [75].
Таблица 1.
Межгодичная изменчивость значений крутизны регрессионных соотношений AQ/Ae и AQ/ATa для островной метеостанции St. Paul в Тихом океане
Годы 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1
AQ/Ae 0.16 0.19 0.14 0.18 0.15 0.17 0.16 0.17 0.20 0.15 0.
AQ/ATa 0.17 0.13 0.13 0.15 0.13 0.18 0.13 0.14 0.18 0.13 0.
В целом результаты анализа и систематизации многолетних архивных данных указывают на то, что взаимосвязь среднемесячных значений 0, е, Та устойчива в широком интервале их изменения (0,5 < <3 < 4 г/см2 , 5 < е < 30 гПа, 0 < Та < 30° С); полученные параметризации четко отражают сезонные вариации среднемесячных значений параметров О, е, Та , и хорошо характеризуют индивидуальные особенности зависимостей (е), О (Та), а также е (Та) в различных физико-географических и климатических зонах Северной Атлантики и Тихого океана.
1.3.2. Результаты экспериментов НЬЮФАЭКС-88 (ноябрь 1987 г. - апрель 1988 г.) и АТЛАНТЭКС-90 (ноябрь 1989 г. - июнь 1990 г.) по изучению взаимодействия океана и атмосферы в Ньюфаундлендской ЭАЗО Северной Атлантики [84, 85] дают обширный материал для исследования взаимосвязи .между синоптическими вариациями параметров С?, е, Та в средних широтах океана. Из всего архива экспериментальных данных использованы преимущественно данные стационарных фаз экспериментов (март 1988 г. и апрель 1990 г.), полученные на научно-исследовательских судах погоды (НИСГТ) "Виктор Бугаев", "Волна" и