Роль глобального тропического циклогенеза в процессе полярного переноса в атмосфере Земли по данным микроволнового спутникового зондирования

• Автор: Шрамков, Ярослав Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 218 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ИЗУЧЕНИЕ ГЛОБАЛЬНОГО ТРОПИЧЕСКОГО
ЦИКЛОГЕНЕЗА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПОЛЯРНЫЙ ПЕРЕНОС В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ.ОБЗОР
1.1. Процесс полярного переноса и его физические особенности
1.2. Глобальный тропический циклогенез - как стохастический процесс
1.3. Базы данных глобального тропического циклогенеза
1.4. Выводы
Глава 2. ХРАНИЛИЩЕ ДАННЫХ EVA. И ЕЕ ПРИМЕНЕННИЕ К ЗАДАЧАМ ИЗУЧЕНИЯ ПОЛЯРНОГО ПЕРЕНОСА И ГЛОБАЛЬНОГО ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОГЕНЕЗА
2.1. Основные части хранилища EVA
2.2. Прикладное применение EVA
2.3. Модуль вейвлет-преобразования в EVA-02 и применение программного комплекса Stream Handle к задачам интерполяции физических данных
2.4. Выводы
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО
ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОГЕНЕЗА НА ПОЛЯРНЫЙ ПЕРЕНОС ЗА 2001 ГОД
3.1.Критический параметр циклогенеза за 2001 год
3.2. Применение алгоритма сегментации для спутниковых данных для выделения фронтальных зон, материнского поля и тропических циклонов
3.3.Годовые изменения энергозапаса в материнском поле и фронтальных зонах
3.4. Влияние глобального тропического циклогенеза на полярный перенос в 2001
году
3.5.Выводы

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ГЛОБАЛЬНОГО ТРОПИЧСЕКОГО
ЦИКЛОГЕНЕЗА НА ПРОЦЕСС ПОЛЯРНОГО ПЕРЕНОСА В ПЕРИОД С 1999-2006 ГОДА
4Л.Динамика изменения материнского поля в период с 1999-2006 гг
4.2.Динамика изменений фронтальных зон в период с 1999-2006 гг
4.3. Влияние глобального тропического циклогенеза на полярный перенос в период
с 1999-2006 гг
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение 1. Результаты расчета энергозапаса и площади материнского
поля с дискретизацией раз в сутки
Приложение 2. Результаты расчетов индивидуального циклогенеза за исследуемый период с дискретизацией не менее раз в сутки
Приложение 3. Результаты посуточного влияния глобального
тропического циклогенеза на процесс полярного переноса
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Человечество с давнего времени внимательно рассматривает процессы связанные с климатом нашей планеты. В то время взгляды на климатологию существенно отличались от современных представлений, так как с развитием науки и техники значительно меняются представления о климатической системе, В настоящее время появляются новые возможности для получения данных наблюдений, а также для теоретического и экспериментального изучения физических процессов, влияющих на климат нашей планеты.
Климатическая система Земли формируется в результате нелинейных взаимодействий взаимосвязанных компонентов. К ним относится атмосфера, гидросфера, криосфера, литосфера и биосфера. Природные среды получают энергию от Солнца в виде оптического излучения. Энергия оптических квантов превращается затем в механическую энергию движущихся масс, в потоки явной и скрытой теплоты, в химическую, электрическую и другие формы энергии. Хотя потоки входящего и уходящего излучений достаточно точно сбалансированы, природные среды отнюдь не стремятся к состоянию статического равновесия. Более того, процессы самоорганизации в земной климатической системе уводят ее все дальше и дальше от равновесия. В этом заключается специфика открытых систем, к которым принадлежит и Земля: процессы самоорганизации в таких системах приводят к образованию новых структур, тогда как стремление к равновесию предполагает разрушение структур.
Перенос тепла и влаги из получающих наибольшую долю солнечной энергии приэкваториальных областей по направлению к полюсам полярный перенос - является важным элементом климатической системы планеты. Вместе с парниковым эффектом он создает благоприятные условия для жизни. При этом важным механизмом, осуществляющим полярный перенос, является эволюция интенсивных вихревых возмущений, при поддержке которых происходит формирование своеобразных каналов перекачки энергии, в первую очередь, в виде компактных областей скрытой теплоты водяного пара.
Этот эффект был обнаружен благодаря методам микроволнового спутникового зондирования, которые очень быстро развиваются в настоящее время. Несомненным плюсом этих методов являются: оперативность сбора информации, охват больших и зачастую труднодоступных районов, постоянное совершенствование техники, повышение ее чувствительности и расширение используемых частотных диапазонов.
Одними из важнейших объектов исследования методами дистанционного зондирования являются Мировой океан и атмосфера. Важность океанических процессов и их поверхностных проявлений для понимания ряда вопросов, с одной стороны, и фрагментарная обеспеченность контактными измерениями - с другой, сделали

Метеорологическая служба Великобритании выпускает ежемесячные бюллетени глобального тропического циклогенеза. Указанное издание содержит информацию по прогнозу только активных фаз ТЦ. Серверы «Tropical Cyclones» (Wisconsin-Madison USA) обладают лучшей коллекцией спутниковых изображений ТЦ, извещений по ТЦ и информационными продуктами, близкими по тематике. Документы на этих серверах представлены только в режиме «real-time data» и не включает архивных блоков. Из фрагментарных и достаточно разрозненных исторических данных, полученных из различных источников, в национальном центре климатических данных (NCDC, США) был сформирован исторический архив первичных данных, демонстрационная версией которого является CD-ROM выпущенный NCDC/NOAA в 1996 году. [Покровская И.В., Шарков Е.А.,2001] Поскольку организация и состояние рассмотренных выше баз данных не позволяют использовать их в качестве научных баз данных глобального циклогенеза, то в Институте Космических Исследований Российской Академии Наук была создана научная база данных «Глобал-ТЦ» Создателями этой базы данных была выдвинута идея исследования вероятностных характеристик интенсивности глобального тропического циклогенеза как сигналов сложной структуры в виде стохастического временного ряда последовательных событий. В соотвествии с этим подходом были сформулированы следующие принципы построения быза данных:
1. Исходная информация должна содержать систематизированный в хронологическом порядке каталог глобальных тропических возмущений в виде единой временной последовательности событий за период с 1983 - 2000 гг.
2. Для решения задач регионального тропического циклогенеза аналогичный каталог должен быть сформирован по всем шести регионам Мирового океана, являющимися наиболее активными генераторами тропических возмущений в процессе глобального циклогенеза.
3. Структура геофизических данных по каждому тропическому возмущению должна содержаться в независимом блоке информации базы данных.
4. Способы формирования вычислительной архитектуры базы данных должны обеспечивать независимый набор и хранение всех видов информации.
В соответсвии с расмотренными выше принципами и поставленными научными задачами структура базы данных «Глобал - ТЦ» сформирована из трех блоков:
• Хронологический блок, содержащий временную последовательность событий;
• Эволюционный блок, отражающий детальную эволюцию каждого индивидуального события;
• Геофизический блок, включающий гидрометеорологические параметры тропосферы в зоне действий тропических возмущений.