Источники солнечных немигрирующих приливов в средней атмосфере тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат физико-математических наук Суворова, Екатерина Владимировна

• Суворова, Екатерина Владимировна
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Суворова, Екатерина Владимировна

Введение.

Глава 1 Аналитический обзор.

1.1 Термические приливы в атмосфере Земли.

1.2 Влияние озона на гидротермодинамику средней атмосферы

Глава 2 Теория атмосферных приливов.

2.1 Классическая теория приливных колебаний.

2.2 Неклассическая теория (учет фонового ветра).

2.3 Нелинейное взаимодействие волн.

2.4 Моделирование атмосферных приливов.

Глава 3 Глобальная полуэмпирическая модель распределения озона.

3.1 Общие сведения об атмосферном озоне.

3.2 Используемые данные.

3.3 Долготные неоднородности в распределении озона.

3.4 Описание трехмерной модели концентрации озона.

3.5 Учет трехмерного распределения озона при моделировании

3.6 Обсуждение и выводы.

Глава 4 Моделирование структуры и циркуляции средней атмосферы

4.1 Описание модельного эксперимента.

4.2 Результаты моделирования циркуляции, стационарных планетарных волн и приливов.•.

4.3 Обсуждение и выводы.

Глава 5 Нелинейное взаимодействие приливных компонент.

5.1 Описание модельного эксперимента.

5.2 Генерация вторичных приливов и воздействие приливов на циркуляцию и термическую структуру средней атмосферы

5.3 Обсуждение и выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Источники солнечных немигрирующих приливов в средней атмосфере»

В настоящее время не вызывает сомнения факт взаимодействия динамических процессов в различных атмосферных слоях. Основным механизмом такого взаимодействия является вертикальное распространение атмосферных волн различных временных и пространственных масштабов и их воздействие на тепловой и динамический режим средней и верхней атмосферы при диссипации [Т^огеИзеу е1 а1., 2007]. Изучение вопросов генерации, распространения и последующей диссипации атмосферных волн является одной из важнейших фундаментальных задач физики атмосферы и околоземного космического пространства. Последние десятилетия характеризуются интенсивным развитием аэрокосмических и наземных систем наблюдения за тепловой структурой, газовым составом и динамическим режимом атмосферы на различных высотах. Особую важность указанные исследования играют в связи с необходимостью обнаружения и контроля возможных климатических изменений, связанных с антропогенными и естественными воздействиями. Анализ результатов обработки экспериментального материала, полученного с помощью наземных и спутниковых наблюдений, показывает постоянное присутствие в атмосфере Земли волновых возмущений глобального масштаба (планетарных волн и приливных колебаний).

Эти крупномасштабные возмущения среднезонального состояния атмосферных параметров обычно аппроксимируют суммой зональных гармоник, причем на высотах средней атмосферы наиболее существенный вклад в долготные вариации вносят только гармоники с малыми зональными волновыми числами, так называемые планетарные волны и атмосферные приливы. Планетарные волны (ПВ) можно разделить на бегущие (имеющие ненулевую зональную фазовую скорость) и стационарные (СПВ - неподвижные относительно земной поверхности). Последние возбуждаются в тропосфере из-за крупномасштабных долготных неоднородностей орографии и различий в нагреве материков и океанов. В зимние месяцы при наличии западных (направленных на восток) фоновых ветров СПВ с малыми зональными волновыми числами могут распространяться в среднюю атмосферу [Charney and Drazin, 1961] и играют существенную роль в формировании теплового и динамического режимов стратосферы, вплоть до высот мезосферы и нижней термосферы [Pogoreltsev et al., 2007].

В атмосфере могут возбуждаться гравитационные (лунные) и термические (солнечные) атмосферные приливы. Однако, только термические солнечные приливы (в частности, суточная и полусуточные компоненты атмосферных колебаний) имеют значительные амплитуды, чтобы играть существенную роль в динамике средней и верхней атмосферы. Поэтому солнечные приливы являются объектом исследования в данной работе.

Атмосферные приливы представляют собой глобальные колебания атмосферных параметров с частотами кратными частоте вращения Земли. Наиболее хорошо изучены так называемые мигрирующие приливы, т.е. те составляющие приливных колебаний, фазовая скорость которых направлена на запад и совпадает со скоростью движения Солнца. Основными мигрирующими приливами являются суточный (период Т= 24 часа и зональное волновое число т=1) и полусуточный (Т=12 часов и ш=2). Немигрирующие приливы имеют фазовую скорость отличную от скорости движения Солнца. Наибольшие амплитуды имеют немигрирующие составляющие атмосферных суточных колебаний с зональными волновыми числами т=0, 2 и полусуточные компоненты с ш=1, 3. Источниками немигрирующих приливов являются долготные неоднородности нагрева, обусловленные зависимостью распределений поглощающих газов (паров воды в тропосфере и озона в стратосфере) от долготы [Kato, 1982], а также нелинейное взаимодействие мигрирующих приливов и со стационарными ПВ [Pogoreltsev et al., 2007; Суворова и Погорельцев, 2011]. Как правило, СПВ с зональным волновым^ числом т=1 (СПВ1) преобладает в зимней средней атмосфере и в дальнейшем мы будем рассматривать только нелинейные взаимодействия мигрирующих приливов с этой волной.

На высотах мезосферы и нижней термосферы (МНТ) приливные колебания являются наиболее сильными регулярными возмущениями, которые оказывают существенное влияние на суточные и сезонные вариации температуры, атмосферных газовых составляющих и динамический режим этого региона. Кроме этого, МНТ область атмосферы одинаково чувствительна к внешнему воздействию солнечных и/или геомагнитных возмущений и к процессам, протекающим в нижележащих слоях атмосферы. Расположенная примерно между 50 и 120 км выше земной поверхности эта высотная область не только важна для воздушного и космического транспорта (например, расчет траекторий ракет, суборбитальных сверхзвуковых воздушных космических кораблей), пропускания радиоволн, эффектов космической погоды и ав-роральных явлений, но и также для понимания атмосферы Земли в целом. Ее динамика, химия и термическая структура могут изменяться довольно быстро вследствие природных или антропогенных изменений в энергетике данного региона. Фундаментальным свойством атмосферных волн (в том числе атмосферных приливов) является то, что при распространении из нижней атмосферы в вышележащие слои они переносят энергию и импульс. При диссипации на высотах средней и верхней атмосферы эти волны передают энергию и импульс среде, воздействуя тем самым на тепловой баланс и циркуляцию атмосферы. Количество энергии, равное примерно 1016 Дж, ежедневно распространяется из нижней атмосферы вверх в виде мезо-масштабных гравитационных волн, крупномасштабных планетарных волн и приливов [Jarvis, 2001]. Таким образом, распространение и диссипация атмосферных волн является одним из основных механизмов, отвечающих за энергетическое и динамическое взаимодействие различных слоев атмосферы [Forbes, 2009]. Приливы изменяют распространяющиеся вверх гравитационные волны, играют важную роль в суточном цикле химически активных атмосферных составляющих. Температурные приливы могут изменять скорость протекания реакций с одновременным переносом частиц воздуха до 1000 км по горизонтали и несколько километров по вертикали [Ward, 1999]. Таким образом, приливы оказывают огромное влияние (до 40% только мигрирующий суточный прилив) на общий нагрев в МНТ [Smith et al., 2003]. Высыпание частиц, радиационные, химические и динамические процессы играют важную роль в формировании общей циркуляции в МНТ области, но и МНТ область влияет на тропосферные и стратосферные процессы, что можно связать с долгосрочными прогнозами погоды [Baldwin et al., 2003а, b] и исследованиями возможных изменений климата. Таким образом, изучение приливных колебаний в области МНТ, а также их источников в нижней и средней атмосфере является ключом к пониманию энергетики и динамики данного региона, что в свою очередь приведет к лучшему пониманию процессов, происходящих в тропосфере и стратосфере ниже и в термосфере и ионосфере выше.

Современное знание и понимание МНТ региона и процессов, в нем происходящих, а также его взаимодействия с атмосферными слоями выше и ниже далеко неполное. Многие десятки лет исследование было затруднено отсутствием данных наблюдений и преимущественно традиционным делением атмосферы на тропосферу-стратосферу для метеорологов и термосферу-ионосферу-магнитосферу для космической физики, в результате чего образовалась «дыра» в исследованиях на высотах МНТ. Поэтому, мы говорим о том, что МНТ является мало изученной, но не менее перспективной в плане науки и космической промышленности, областью земной атмосферы.

В последние десятилетия возрос интерес к исследованиям процессов в МНТ: создаваемые модели (климатические и механистические) расширились до высот термосферы [Roble and Ridley, 1994; Fomichev et al., 2002; Sassi et al., 2002], усовершенствовалась наземная техника (лидарные измерения [She, 2004]), появились спутники для измерения температуры и ветра в МНТ области (например, NIMBUS-7, UARS, CRISTA-SPAS, TIMED). Сочетание моделирования и наблюдений позволило улучшить наши знания о МНТ и посмотреть на земную атмосферу в целом. Изучению динамических процессов и волновых движений в атмосфере Земли уделяется большое внимание в крупных международных проектах по солнечно-земной физике. В последние десятилетия выполнялось несколько таких проектов: Planetary Scale Mesopause Observing System (PSMOS, 1998-2002 гг. [1996 SCOSTEP Bureau Meeting Draft Minutes, 1997; Shepherd et al., 2002]) и Solar-Terrestrial Energy Program - Results, Applications and Modeling Phase (S-RAMP, 1998-2002 гг.), Climate and Weather of the Sun-Earth System (CAWSES, 2004-2008 гг. [Basu and Pallamraju, 2006]), организованных и проводимых под руководством Scientific Committee on Solar-Terrestrial Physics (SCOSTEP). В рамках проекта CAWSES сформулированы четыре основные темы, одна из которых (Atmospheric Coupling Processes) направлена на изучение взаимодействия динамических процессов в различных областях атмосферы. В настоящее время работает проект CAWSES-2, который является продолжением проекта CAWSES. Все это подтверждает, что изучение вопросов генерации, распространения и взаимодействия глобальных атмосферных волн (в частности атмосферных приливов, как наиболее регулярных колебаний атмосферы), а также их влияния на среднезональную циркуляцию и термический режим атмосферы является важной и актуальной проблемой, имеющей большое научное и практическое значение.

Актуальность изучения- динамических процессов, в том числе приливных колебаний, обусловлена тем, что пространственные неоднородности различных масштабов, наблюдаемые в МНТ области и в верхней атмосфере, играют важную роль в функционировании современных технологических систем. Так атмосферные приливы оказывают влияние на траектории спутников, чувствительных к вариациям плотности атмосферы, а также космических аппаратов при их возвращении на Землю. Точность определения местоположения объектов с помощью спутниковых навигационных систем, а также в задачах радиолокации и радиопеленгации в значительной степени зависит от знания состояния ионосферы, которое определяется системой нейтральных ветров на термосферных высотах. Средняя и верхняя атмосфера довольно быстро реагирует на климатические изменения в нижних и более высоких слоях. Таким образом, проводя мониторинг состояния МНТ области, изучая изменчивость приливов, атмосферных волн и газовых составляющих, можно получить информацию об изменении радиационных, химических и динамических процессов в атмосфере в целом.

Несмотря на то, что изучению вопросов генерации и распространения волн глобального масштаба в атмосфере Земли уделялось в последние десятилетия большое внимание, проводимые теоретические исследования были выполнены в основном в линейной постановке, т. е. использовали теорию возмущений. Кроме этого, в существующих нелинейных моделях общей циркуляции из-за недостатка эмпирического материала, как правило, задаются среднезональные распределения атмосферных составляющих. Целью настоящей работы являлись учет долготных неоднородностей озона в модели средней и верхней атмосфере (МСВА) и оценка относительного вклада радиационных и нелинейных источников немигрирующих приливов, распределенных в средней атмосфере. Кроме этого, были также рассмотрены нелинейные взаимодействия основных компонент мигрирующих приливов.

Цель диссертационной работы

Изучение относительной роли различных источников немигрирующих приливов, распределенных в средней атмосфере, а также влияния атмосферных приливов на общую циркуляцию и термическую структуру.

Поставленные задачи

1. Создание глобальной полуэмпирической трехмерной модели распределения концентрации озона.

2. Модификация МСВА для учета трехмерного поля озона.

3. Исследование влияния долготных неоднородностей озона на атмосферную циркуляцию, генерацию немигрирующих приливов и стационарных планетарных волн (СПВ).

4. Оценка роли нелинейного взаимодействия СПВ и мигрирующих приливов в генерации немигрирующих приливов.

5. Оценка генерации и распространения атмосферных приливов с учетом их нелинейного взаимодействия между собой и с планетарными волнами.

Научная новизна

Новизна работы заключается в том, что впервые была создана глобальная полуэмпирическая модель трехмерного распределения концентрации озона, которая была использована при моделировании общей циркуляции с помощью МСВА. На основе полученных с помощью МСВА модельных расчетов впервые был оценен относительный вклад таких источников генерации немигрирующих приливов, как неоднородный по долготе нагрев атмосферы за счет поглощения молекулами озона солнечной радиации и нелинейное взаимодействие между мигрирующими приливами и СПВ. Для оценки нелинейного взаимодействия приливных атмосферных колебаний между собой была проведена дополнительная модификация радиационного блока модели с целью фильтрации термических источников той/иной приливной компоненты.

Достоверность результатов

Достоверность полученных в диссертации результатов расчетов общей циркуляции атмосферы, планетарных волн и приливов в средней атмосфере определяется тем, что проведенный теоретический анализ и численное моделирование, основанные на уравнениях гидродинамики, согласуется с результатами анализа наблюдений.

Практическая и научная значимость

Практическая и научная значимость работы заключается в том, что результаты численного моделирования атмосферных приливов могут быть использованы для планирования экспериментов и для интерпретации результатов наблюдений. Методы анализа приливов и планетарных волн, применяемые в работе, могут быть полезны также для анализа глобальных нестационарных волновых процессов в других областях физики, например, в физике ионосферы и магнитосферы. Следует также отметить, что разработка относительно простой механистической модели МСВА необходима для интерпретации результатов расчетов с помощью полных (т.е. включающих процессы, протекающие в тропосфере) моделей общей циркуляции, которые практически также сложны для понимания, как и реальная атмосфера. Разработанная глобальная полуэмпирическая трехмерная климатологическая модель распределения концентрации озона может быть использована для валидации численных моделей состава атмосферы.

Положения, выносимые на защиту:

- глобальная полуэмпирическая трехмерная модель распределения концентрации озона в нижней и средней атмосфере;

- результаты моделирования общей циркуляции средней атмосферы, СПВ и приливных колебаний с учетом трехмерного распределения концентрации озона, полученные с использованием модели МСВА;

- результаты сравнительных оценок вклада радиационных эффектов, обусловленных долготной неоднородностью распределения озона, и нелинейного взаимодействия СПВ с зональным волновым числом т=1 и мигрирующих суточного (ш=1) и полусуточного (т=2) приливов в генерацию немигрирующих приливов;

- результаты анализа эффектов нелинейного взаимодействия первичных приливных колебаний между собой;

- оценка воздействия атмосферных приливов на циркуляцию и термическую структуру в мезосфере и нижней термосфере.

Личный вклад автора

Все представленные в диссертации результаты получены автором самостоятельно. В опубликованных в соавторстве с коллективом кафедры метеорологических прогнозов работах по разработке МСВА автору принадлежит участие в постановке задач, их решении, математической обработке и анализе исходных данных и результатов моделирования.

Апробация и публикация работы

Работа выполнялась на метеорологическом факультете РГГМУ с 2007 по 2010 гг. Тема диссертации включена в план работ кафедры метеорологических прогнозов. Результаты работы докладывались и обсуждались на 7ой Международной школе молодых ученых «Физика окружающей среды» (Красноярск, Россия, 2008 г.), 4ой Генеральной ассамблеи SPARC (Болония, Италия, 2008 г.), 5ом Совещании IAGA/ICMA/CAWSES «Долгопериодные изменения и тренды в атмосфере» (Санкт-Петербург, Россия, 2008 г.), Международном симпозиуме стран СНГ «Атмосферная радиация и динамика» (Санкт-Петербург, Россия, 2009 г.), Международной Байкальской молодежной научной школе по фундаментальной физике (Иркутск, Россия, 2009 г.), XVI Международном симпозиуме с элементами научной школы для молодежи «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Томск, Россия, 2009 г.), Генеральной ассамблеи европейского геофизического общества EGU (Вена, Австрия, 2010 г.), 8ой Международной школе молодых ученых «Физика окружающей среды» (Томск, Россия, 2010 г.), Симпозиуме Научного комитета по Солнечно-Земной Физике SCOSTEP (Берлин, Германия, 2010 г.), 38ой Научной Ассамблеи COSPAR (Бремен, Германия 2010 г.). Также результаты исследований докладывались на Ученом совете РГГМУ (2008 г., 2009 г., 2010 г.)

Основные результаты по теме диссертации представлены в 10 статьях, включая 6 в реферируемых журналах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 133 наименований. Рукопись содержит 115 страниц, 29 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Суворова, Екатерина Владимировна

Заключение

При выполнении исследовательской работы получены следующие основные результаты:

1. Выполнена модификация радиационного блока МСВА для учета в ней разработанной глобальной полуэмпирической трехмерной модели распределения концентрации озона. Показано, что учет при моделировании долготных неоднородностей озона приводит к увеличению амплитуды СПВ1 в геопотенциальной высоте на 200 м в январе.

2. В зимний период, когда планетарные волны в стратосфере хорошо развиты, основной вклад в генерацию немигрирующих приливов вносит нелинейное взаимодействие между мигрирующими приливами и стационарной планетарной волной с зональным волновым числом т=1

3. Учет в модели долготных неоднородностей. озона приводит к появлению дополнительных источников немигрирующих приливов, обусловленных неоднородными по долготе суточными вариациями нагрева, вклад которых может быть сопоставим с вкладом от нелинейного взаимодействия при ослаблении амплитуды СПВ1 в стратосфере.

4. Амплитуды немигрирующих суточного и полусуточного приливов при сильной СПВ1 превышают в 2-3 раза аналогичные амплитуды при слабой СПВ1 на высотах мезосферы и нижней термосферы.

5. Показано, что немигрирующий полусуточный прилив с зональным волновым числом ш=1 распространяется в мезосферу и нижнюю термосферу Южного полушария через экватор из области генерации в зимней стратосфере.

6. Получено, что дополнительным источником генерации вторичных приливов является не только нелинейное взаимодействие между первичными компонентами приливных колебаний, но и их само-взаимодействие.

7. Показано, что локализованные в низких широтах меридиональные циркуляционные ячейки на высотах мезосферы и нижней термосферы области обусловлены в основном диссипацией мигрирующего суточного прилива.

По результатам диссертационной работы можно сделать следующие выводы, объясняющие результаты радарных наблюдений:

- Основным источником наблюдаемых летом над Южным полюсом колебаний ветра с зональным волновым числом ш = 1 и периодом Т = 12 часов (немигрирующий полусуточный прилив) является нелинейное взаимодействием СПВ1 и мигрирующего суточного прилива в стратосфере зимнего (Северного) полушария.

- Обнаруженные при анализе данных, полученных на сети радиометеорных радаров ячейки меридиональной циркуляции, локализованные в низких широтах на высотах мезосферы и нижней термосферы, обусловлены диссипацией мигрирующего суточного прилива.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Суворова, Екатерина Владимировна, 2010 год

1. Груздев А.Н. Влияние озонного нагревания на динамику планетарных волн // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т.21. №11. С. 1148-1159.1985.

2. Дикий JI.A. Теория колебаний земной атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1969.

3. Канухина А. Ю., Нечаева JI.A., Суворова Е.В., Погорельцев А.И. Климатические тренды температуры, зонального потока и стационарных планетарных волн по данным NCEP/NCAR ре-анализа // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т.43. №6. С.754-763. 2007.

4. Капица А.П., А.А.Гаврилов Подтверждение гипотезы о естественном происхождении Антарктической озоновой дыры. Доклады Академии наук.Т. 366. №4. С. 543-546. 1999.

5. Марчук Г. И. Численные методы в прогнозе погоды. JI.: Гидрометеоиздат, 356 с. 1967.

6. Погорельцев А.И. Генерация нормальных атмосферных мод стратосферными васцилляциями // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 43. № 4. С. 463-475. 2007.

7. Погорельцев А.И., Суворова Е.В., Федулина И.Н., Ханна Э., Трехмерная климатическая модель распределения озона в средней атмосфере // Ученые записки. Научно-теоретический журнал. Вып.10. СПб.: изд. РГГМУ. С. 43-52. 2009.

8. Портнягин Ю.И., Соловьева Т.В. Эмпирическая модель меридионального ветра в мезопаузе нижней термосфере. I. Среднемесячная эмпирическая модель // Метеорология и гидрология. № 10. С. 28-35. 1992а.

9. Портнягин Ю.И., Форбс Дж.М., Макаров Н.А., Мерзляков Е.Г. Основные закономерности внутрисуточных колебаний ветра в нижней термосфере над Южным полюсом // Доклады РАН. Т. 349. № 1. С. 104-105. 1996.

10. Суворова Е.В., Погорельцев А.И. Моделирование немигрирующих приливов в средней атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия.- 2011.- Т. 51.- №1.

11. Akmaev, R. A., J. M. Forbes, and M. E. Hagan, Simulation of tides with a spectral mesosphere/lower thermosphere model // Geophys. Res. Lett. V. 23. P. 2173-2176. 1996.

12. Andrews, D.G., On the interpretation of the Eliassen-Palm flux divergence // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. V. 113. P. 323-338. 1987.

13. Angelats i Coll, M., and J.M. Forbes, Nonlinear interaction in the upper atmosphere: The s=l and s=3 nonmigrating semidiurnal tides // J. Geophys. Res. V. 107. No. A8. doilO. 1029/2001JA900179. 2002.

14. Baldwin, M.P., D.W.J. Tompson, E.F. Shuckburgh, W.A. Norton, and N.P. Gil-let Weather from the stratosphere? // Science. V. 301. P. 317-318. 2003a.

15. Baldwin M.P., D.B. Stephenson, D.W.J. Tompson, T.J. Dunkerton, A.J. Charlton, A.O'Neil Stratospheric Memory and Skill of Extended-Range Weather Forecasts // Science. V. 301. P. 636-640. 2003b.

16. Basu S., and D. Pallamraju Science rationale for CAWSES (Climate and Weather of the Sun-Earth System): SCOSTEP's interdisciplinary program for 2004-2008 //Adv. Space Res. V.38. P. 1781-1791. 2006.

17. Bun-age, M. D., M. E. Hagan, W. R. Skinner, D. L. Wu, and P. B. Hays, Long-term variability in the solar diurnal tide observed by HRDI and simulated by the GSWM //Geophys. Res. Lett. V. 22. P. 2641-2644. 1995.

18. Cariolle, D. and M.Deque. Southern hemisphere medium-scale waves and total ozone disturbances is a spectral general circulation model // J.Geophys.Res. V. 91. P. 10825-10846. 1986

19. Chang, J.L., and S.K. Avery Observations of the diurnal tide in the mesosphere and lower thermosphere over Christmas Island // J. Geophys. Res. V. 102. P. 1895-1907. 1997.

20. Chapman, S. and R.S.Lindzen, Atmospheric tides. // D.Reidel, Norwell, Mass. 201 pp. 1970.

21. Charney J.G., Drazin P.G. Propagation of planetary scale disturbances from the lower into the upper atmosphere // J. Geophys. Res. V. 66, P. 83-109. 1961.

22. Dethof, A. and Holm, E, Ozone in ERA-40: 1991-1996. // ECMWF Tech. Memo., 377. 2002.

23. Dethof, A. and E.V. Holm. Ozone assimilation in the ERA-40 reanalysis project // Q.J.R. Meteorol.Soc. V. 130. P. 2851-2872. 2004. doi: 10.1256/qj.03.196

24. Dudhia, A., S. E. Smith, A. R. Wood, and F. W. Taylor, Diurnal and semidiurnal temperature variability of the middle atmosphere as observed by ISAMS // Geophys. Res. Lett. V. 20. P. 1251-1254. 1993.

25. Flattery, T. W., Hough functions. Ph.D. dissertation, Department of Geophysical Sciences, University of Chicago. 168 pp. 1967.

26. Forbes, J. M., Atmospheric tides, 1, Model description and results for the solar diurnal component//J. Geophys. Res. V. 87. P. 5222-5240. 1982.

27. Forbes, J. M., Middle atmosphere tides // J. Atmos. Terr. Phys. V. 46. P. 10491067. 1984.

28. Forbes, J. Vertical coupling by the semidiurnal tide in Earth's atmosphere. CAWSES: Selected papers from the 2007 Kyoto Symposium. Edited by T.Tsuda. P. 337-348. 2009.

29. Forbes, J.M., and H.B. Garrett. Theoretical studies of atmospheric tides // Rev.Geophys. V. 17. P. 1951-1981. 1979.

30. Forbes, J. M., and G. V. Groves, Diurnal propagating tides in the lowlatitude middle atmosphere //J. Atmos. Terr. Phys. V. 49. P. 153-164. 1987.

31. Forbes, J. M. N.A. Makarov, and Y. I. Portnyagin, First results from the meteor radar at South Pole: a large 12-hour oscillation with zonal wavenumber one // Geophys. Res. Lett. V. 22. P. 3247-3250. 1995.

32. Fortuin J.P.F., Langematz U. An update on the global ozone climatology and on concurrent ozone and temperature trends // Atmospheric Sensing and Modelling, Proc. SPIE 2311. P. 207-216. 1995.

33. Forbes, J.M., Hagan, M.E., Zhang, X., Hamilton, K., Upper atmosphere tidal oscillations due to latent heat release in the tropical troposphere // Ann. Geophys. V. 15. P. 1165-1175. 1997.

34. Forbes, J. M., X. Zhang, E. R. Talaat, and W. Ward, Nonmigrating diurnal tides in the thermosphere // J. Geophys. Res. V. 108(A1). 1033. 2003.

35. Fröhlich K., A. Pogoreltsev, and Ch. Jacobi. Numerical simulation of tides, Rossby and Kelvin waves with the COMMA-LIM model // Adv. Space Res. V. 32. No. 5. P. 863-868. 2003.

36. Gabriel, A., D. Peters, I. Kichner, and H.-F. Graf. Effect of zonally asymmetric ozone on stratospheric temperature and planetary wave propagation // Geophys. Res. Lett. V. 34. L06807. doi: 10.1029/2006GL028998, 2007.

37. Global Ozone Monitoring Experiment GOME. Users Manual. ESA Publications Division. European Space Research and Technology Centre. Netherlands. 1995.

38. Grieger N., Schmitz G., Achatz U. The dependence of the nonmigrating diurnal tide in the mesosphere and lower thermosphere on stationary planetary waves // J. Atm. Solar-Terr. Phys. V. 66. P. 733 754. 2004.

39. Groves, G. V. Hough components of water vapor heating // J. Atmos. Terr. Phys. V. 44. P. 281-290. 1982.

40. Groves, G. V. A global reference atmosphere from 18 to 80 km // AFGL Report TR-85-0129, 1985.

41. Groves, G. V. Final scientific report, AFOSR Report 84-0045, 1987.

42. Hagan, M. E. Comparative effects of migrating solar sources on tidal signatures in the middle and upper atmosphere // J. Geophys. Res., V. 101, P. 21,21321,222. 1996.

43. Hagan, M.E., J.M. Forbes, and F.Vial. On modeling migrating solar tides // Geophys. Res. Lett. V. 22. P. 893-896. 1995a.

44. Hagan, M.E., J. M. Forbes, and F. Vial. An updated model of migrating tides in the middle atmosphere: Initial results and measurement comparisons. Proceedings of the Workshop on Wind Observations in the Middle Atmosphere, CNES HQ, Paris France, 1995b.

45. Hagan, M. E., J. L. Chang, and S. K. Avery, GSWM estimates of nonmigrating tidal effects // J. Geophys. Res. V. 102(D14). P. 16,439- 16,452. 1997.

46. Hagan, M. E., and R. G. Roble, Modeling the diurnal tidal variability with the National Center for Atmospheric Research thermosphere-ionosphere-mesosphere-electrodynamics general circulation model // J. Geophys. Res. V. 106. P. 24,869-24,882. 2001.

47. Hagan, M. E., R. G. Roble, and J. Hackney, Migrating thermospheric tides // J. Geophys. Res. V. 106. P. 12,739-12,752.S 2001.

48. Hagan, M. E., and J. M. Forbes, Migrating and nonmigrating diurnal tides in the upper atmosphere excited by tropospheric latent heat release // J. Geophys. Res. V. 107 (D24). doi: 10.1029/2001JD001236. 2002.

49. Hagan, M. E. and J. M. Forbes, Migrating and nonmigrating semi-diurnal tides in the upper atmosphere excited by tropospheric latent heat release // J. Geophys. Res. V. 108. doi: 10.1029/2002JA009466. 2003.

50. Haynes P. Stratospheric dynamics // Annu. Rev. Fluid Mech. V. 37. doi: 10.1146/annurev.fluid.37.061903.175710 . P. 263-293. 2005.

51. Harper R.M. Dynamics of the neutral atmosphere in the 200-500 km height region at low latitudes. Ph.D. thesis. Rice University. 1971.

52. Harris M.F., F.G. Finger and S. Teweles. Diurnal variations if wind, pressure and temperature in the troposphere and stratosphere over Azores. // J. Atmos. Sci. 19. P. 136-149. 1962.

53. Hedin A. E.J. Geophys. Res, V. 96, N. A2. P. 1159-1172. 1991. doi: 10.1029/90JA02125.

54. Holton J.R., Mass C. Stratospheric vacillation cycles // J. Atmos. Sci. V. 33. № 11. P. 2218-2225. 1976.

55. Hitchman, M. H. and C. B. Leovy. Diurnal Tide in the Equatorial Middle Atmosphere as Seen in LIMS Temperatures // J. Atmos. Sci. V. 42. P. 557-561. 1985.

56. Hood, L. L. and Zaff, D. A. Lower stratospheric stationary waves and the longitude dependence of ozone trends in winter // J. Geophys. Res. V. 100. P. 25 791-25 800, 1995.

57. Jarvis,. M.J., Bridging the Atmospheric Divide // Science. V. 293 (5538). P.2218-2219. 2001.

58. Kalnay, E., et al. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77. P. 437-471. 1996.

59. Kanukhina A.Yu., Suvorova, E.V., Nechaeva, L.A., Skrygina, E.K., Pogorelt-sev, A.I. Climatic variability of the mean flow and stationary planetary waves in the NCEP/NCAR reanalysis data // Ann. Geophys. V. 26. N. 5. P. 12331241.2008.

60. Kato, S., Dynamics of the Upper Atmosphere. Cent, for Acad. Publ., Tokyo, 1980.

61. Kato, S., T. Tsuda, and F. Wantanabe, Thermal excitation of non-migrating tides // J. Atmos. Terr. Phys. V. 44. P. 131- 146. 1982.

62. Keating, G.M., Pitts M.C., and Chen, C. Improved reference models for middle atmosphere ozone//Adv. Space Res. V. 10 (6). P. 37^-9. 1990.

63. Liang X.-Z., Wang W.-C., and Boyle J.S. Atmospheric ozone climatology for use in general circulation models. // Program for Clim, Model Diagn. and Inter-comp., Lawrence Livermore Natl. Lab., Livermore, Calif. Res. 43. PP. 25. 1997.

64. Lieberman, R. S., D. A. Ortland, E. S. Yarosh, Climatology and interannual variability of diurnal water vapor heating // J. Geophys. Res. V. 108(D3), 4123, 2003.

65. Lieberman, R. S., J. Oberheide, M. E. Hagan, E. E. Remsberg, and L. L. Gord-ley, Variability of diurnal tides and planetary waves during November 1978 -May 1979 // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. V. 66. P. 517-528. 2004.

66. Lindzen, R.S. Internal gravity waves in the atmospheres with realistic dissipation and temperature: Part III. Daily variations in the thermosphere // Geophys. Fluid Dyn. V.2.P. 89-121. 1971.

67. Lindzen, R.S. Atmospheric tides. // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. V. 7. P. 199225. 1979.

68. Lindzen, R.S. and H.-L. Kou. A reliable method for numerical integration of a large class of ordinary and partial differential equations // Mon. Wea. Rev. V. 97. P. 732-734. 1969.

69. Lindzen, R.S., and S.-S.Hong. Effects of mean winds and meridional temperature gradients on solar and lunar semidiurnal tides in the atmosphere // J. At-mos. Sci. V. 31. P. 1421-1466. 1974.

70. Lindzen, R.S., Hong, S.-S., Forbes, J. Semidiurnal Hough mode extensions and their application. Naval Res. Lab. Memo. Report. 3442. 65 pp. 1977.

71. Manson, A., et al., Seasonal variations of the semi-diurnal and diurnal tides in the MLT: multi-year MF radar observations from 2 to 70 N, and the GSWM tidal model // Ann. Geophys. V. 61 (11). P. 809-828. 1999.

72. Matsuno T. Circulation and waves in the middle atmosphere in winter //Space Sci. Rev. V.34. N 4. P. 387-396. 1983.

73. McLandress, C., Seasonal variability of the diurnal tide: Results from the Canadian middle atmosphere circulation model // J. Geophys. Res. V. 102. P. 29,747-29,764. 1997.

74. McLandress, C., and W. E. Ward, Tidal/gravity wave interactions and their influence on the large scale dynamics in the middle atmosphere // J. Geophys., V. 99. P. 8139-8155. 1994.

75. Miyahara, S., Y. Yoshida, and Y. Miyoshi. Dynamic coupling between the lower and upper atmosphere by tides and gravity waves // J. Atmos. Terr. Phys. V. 55. P. 1039-1053. 1993.

76. Miyahara, S., and Y. Miyoshi. Migrating and nonmigrating atmospheric tides simulated by a middle atmosphere general circulation model // Adv.Space Res. V. 20(6). P. 1201-1207. 1997.

77. Miyahara, S., Y. Miyoshi, and K. Yamashita. Variations of migrating and non-migrating tides simulated by a middle atmosphere general circulation model at Kyushu University // Adv.Space Res. V. 24(11). P. 1549-1558. 1999.

78. Nathan, T.R. and E.C. Codero. An ozone-modified refractive index for vertically propagating planetary waves // J. Geophys. Res. V. 112. D02105. 2007. doi:10.1029/2006JD007357.

79. Newmann, P.A., Nash E.R., Rosenfield J.E. What controls the temperature of the Arctic stratosphere during the spring? // J. Geophys. Res. V. 106. (D17). P. 19999-20010. 2001.

80. Oberheide J. On large-scale wave coupling across the stratopause. Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia Legendi. 2006.

81. Oberheide, J., M. E. Hagan, W. E. Ward, M. Riese, and D. Offermann, Modeling the diurnal tide for the Cryogenic Infrared Spectrometers and Telescopes for the Atmosphere (CRISTA) 1 time period //J. Geophys. Res. V. 105(A11). P. 24,917-24,929. 2000.

82. Oberheide J., Gusev O.A. Observations of the migrating and nonmigrating diurnal tides in the equatorial lower thermosphere // Geophys. Res. Lett. V. 29. doi: 10.1029/2002-GL016213. 2002.

83. Oberheide., J., Hagan, M.E., Roble, R.G., Offermann, D. Sources of nonmigrating tides in the tropical middle atmosphere // J. Geophys. Res. V. 107 (D21). doi: 10.1029/2002-JD002220. 2002b.

84. Oberheide, J., Q. Wu, T. L. Killeen, M. E. Hagan, and R. G. Roble. Diurnal nonmigrating tides from TIDI wind data: Monthly climatologies and seasonal variations // J. Geophys. Res. doi: 10.1029/2005JA011491. 2006b.

85. Peters, D. and Entzian, G.: January ozone anomaly over the North Atlantic-European region: Longitude-dependent decadal change in the total ozone during 1979-92 // Meteor. Z. NF. 5. P. 42-^4. 1996.

86. Peters, D. H. W. et al.: Longitude-dependent decadal ozone changes and ozone trends // Ann. Geophys. V. 26. P. 1275-1286. 2008.

87. Pogoreltsev, A.I. Numerical simulation of secondary planetary waves arising from the nonlinear interaction o the normal atmospheric modes. // Phys. Chem. Earth (Part C). V. 26. P. 395-403. 2001.

88. Pogoreltsev A.I., Kanukhina A.Yu., Suvorova E.V., Savenkova E.N. Variability of planetary waves as a signature of possible climatic changes // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 71. doi:10.1016/j.jastp.2009.05.011. 2009.

89. Pogoreltsev A.I., Vlasov A.A., Fröhlich K., and Jacobi Ch. Planetary waves in coupling the lower and upper atmosphere // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 69. P. 2083-2101. doi: 10.1016/j.jastp.2007.05.014. 2007.

90. Portnyagin Y.I., J.M. Forbes, N.A. Makarov, E.G Merzlyakov, S. Palo The summertime 12-h wind oscillation with zonal wavenumber s=l in the lower thermosphere over the South Pole // Ann. Geophys. V. 16. P. 828 837. 1998.

91. Randel, W.J., and F.Wu. A stratospheric ozone profile data set for 19792005: Variability, trends, and comparisons with column ozone data. // J. Geophys. Res. V. 112. D06313, doi:10.1029/2006JD007339.

92. Reed R.J. Semidiurnal tidal motions between 30 and 60 km // J. Atmos.Sei. V. 24. P. 315-317. 1967.

93. Richards P.G., Fennelly J. A., Torr D. G. EUVAC: A solar EUV flux model for aeronomic calculations // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 8981-8992. (Correction, J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 13283. 1994).

94. Roble R.G., and E.C. Ridley A thermosphere-ionosphere-mesosphere- electrodynamics general circulation model (TIME-GCM): Equinox solar cycle minimum simulations (30-500 km). // Geophys.Res.Lett. V. 21. P. 417-420. 1994.

95. Sassi F., R.R. Garcia, B.A. Boville and H.Liu On temperature inversions and the mesosphere surf zone // J. Geophys. Res. 107(D19), 4380, doi: 10.102972001JD001525, 2002.

96. She C.Y.Initial full-diurnal-cycle mesopause region lidar observations: Diurnal-means and tidal perturbations of temperature and winds over Fort Collins, CO (4IN, 105W) // J. Atmos.Sol.Terr.Phys. V. 66(6-9). P. 663-674. 2004.

97. Shepherd, M. G., W. E. Ward, B. Prawirosoehardjo, R. G. Roble, S. P. Zhang, and D. Y. Wang, Planetary scale and tidal perturbations in mesospheric temperatures observed by WINDII // Earth, Planets and Space, 51(7-8). P. 593610. 1999.

98. Shepherd G.G., M.E. Hagan and Y. Portnyagin, editors, Spesial Issue: PSMOS 2000 Workshop Planetary Scale Mesopause Observing System // J. Atmos.Sol.Terr.Phys., V. 64 (8-11), P. 873-1307, 2002.

99. Smith A.K. The Origin of Stationary Planetary Waves in the Upper Mesosphere // J. Atmos. Sci., V. 60, P. 3033-3041, 2003.

100. Spizzichino, A. Etude des interactions entre les diffYerentes composantes du vent dans la haute atmosphVere. // Annales de GYeophysique. V. 25. P. 773783.1969.

101. Strang G., On the construction and comparison of difference schemes // SIAM J. Numer. Anal. V. 5. P. 516-517. 1968.

102. Strobel, D. F. Parameterization of the atmospheric heating rate from 15 to 120 km due to 02 and 03 absoiption of solar radiation // J. Geophys. Res., V. 83. P. 6225-6230. 1978.

103. Swinbank R. and O'Neill A., A stratosphere-troposphere assimilation system //Mon. Weather Rev. V. 122. P. 686-702. 1994.

104. Teitelbaum, H., F. Vial, A.H. Manson, R.Giraldez, and M. Massbeuf, Nonlinear interaction between the diurnal and semidiurnal tides: terdiurnal and diurnal secondary waves // J. Atmos. Terr. Phys. V. 51. P.627-634. 1989.

105. Teitelbaum, H., and F. Vial. On tidal variability by nonlinear interaction with planetary waves // J. Geophys. Res. V. 96. P. 14169-14178. 1991.

106. Tsuda, T., Kato, S. Diurnal non-migrating tides excited by a differential heating due to land-sea distribution // J. of Meteorol. Soc. of Japan. V. 67. P. 43-54. 1989.

107. Tsuda, T., et al. Coordinated radar observations of atmospheric diurnal tides in equatorial regions // Earth Planets Space. V. 51. P. 579-592. 1999.

108. Uppala, S.M., et al. The ERA-40 re-analysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. V. 131. P. 2961-3012. 2005. doi: 10.1256/qj.04.176.

109. Vial, F. Tides in the middle atmosphere // J. Atmos. Terr. Phys. V. 51. P. 317. 1989.

110. Vial, F., and J.M. Forbes Recent progress in tidal modeling // J. Atmos. Terr. Phys. V. 51. P. 663-671. 1989.

111. Volland, H., Atmospheric Tidal and Planetary Waves // Kluwer Acad. Nor-well, Mass. 1988.

112. Ward W.E. A simple model of diurnal variations in the mesosphere oxygen nightglow// Geophys .Res .Lett. V. 26. P. 3565-3568, 1999.

113. Wu, D. L., C. McLandress, E. F. Fishbein, W. G. Read, J.W.Waters, and L. Froidevaux, Equatorial diurnal variations observed in UARS MLS temperature during 1991-1994 and simulated by the CMAM // J. Geophys. Res. V.103. P. 8909-8917. 1998.

114. Yagai, I., Non-migrating thermal tides detected in data analysis and a general circulation model // J. Geophys. Res. V. 94. P. 6341- 6356. 1989.

115. Yamashita K., S. Miyahara, Y. Miyoshi, K. Kawano, J. Ninomiya Seasonal variation of non-migrating semidiurnal tide in the polar MLT region in a general circulation model // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 64. P. 1083-1094. 2002.