Влияние радиационных и волновых процессов на динамику озона в средней атмосфере тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.23, кандидат физико-математических наук Ерухимова, Татьяна Львовна

• Ерухимова, Татьяна Львовна
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Ерухимова, Татьяна Львовна

Оглавление

Введение

1 Высокочастотное электромагнитное излучение авроральной ионосферы

1.1 Введение

1.2 Источники электромагнитного излучения авроральной ионосферы

1.3 Спектры тормозного излучения при вторжении энергичного электронного потока

1.4 Спектры тормозного излучения в реальных условиях авроральной ионосферы

1.5 Выводы ,

2 Использование радиометрических измерений излучения атмосферы

для восстановления высотного профиля озона

2.1 Введение

2.2 О методике определения вертикального распределения озона по данным микроволновых измерении

2.3 Модификация метода Шахина для восстановления вертикального профиля озона по результатам радиометрических измерений

2.4 Обр аботка экспериментальных результатов наблюдений стратосферного озона в полярных широтах

2.5 Восстановление профилей концентрации озона и температуры атмосферы по спектрам микроволнового излучения в двух линиях вращательных переходов озона

2.5.1 Восстановление комбинации профилей концентрации и температуры как функции давления по измерениям одной спектральной линии озона

2.5.2 Восстановление профилей концентрации озона и температуры атмосферы по спектрам микроволнового излучения в двух линиях вращательных переходов озона

2.6 Выводы

3 Возмущение высотных профилей атмосферных составляющих внутренними гравитационными волнами, взаимодействующими с ветровым сдвиговым потоком * ; ч

3.1 Введение

3.2 Перераспределение пассивной примеси квазимонохроматической внутренней гравитационной волной в сдвиговом течении

3.2.1 Постановка задачи для волны заданной амплитуды

3.2.2 Оценка возмущения плотности озона

3.2.3 Учет вязкости

3.2.4 Обсуждение используемых идеализации

3.3 О возможности экспериментального обнаружения нелинейного критического слоя

3.4 Взаимодействие нестационарных пакетов ВГВ со сдвиговым течением

3.4.1 Распространение пакетов ВГВ. Постановка задачи

3.4.2 Уравнения для усредненных величин

3.4.3 Коэффициент "диффузии" плотности атмосферы в поле пакета ВГВ

3.4.4 Некоторые численные оценки

3.5 Заключение

Заключение

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние радиационных и волновых процессов на динамику озона в средней атмосфере»

Введение

Средняя атмосфера - это область, в которой процессы различной природы - радиационные, волновые, химические существенно связаны между собой. В этой области, расположенной в диапазоне высот от 10 до 100 км и включающей в себя стратосферу, Б - слой и нижнюю часть Е - слоя ионосферы, возникает взаимосвязь процессов, происходящих в нижней атмосфере, и внешних воздействий на атмосферу (распространение и фильтрация фоновыми ветрами внутренних атмосферных волн, нагрев солнечным ультрафиолетом, ионизация, фотохимические процессы, вторжения высокоэнергичных частиц и т.п.).

Химический состав средней атмосферы формируется основными составляющими (кислород, азот) и малыми составляющими (например, озон, окись азота, метан и т. д.). Общая плотность малых составляющих много меньше плотности основных компонент, однако они играют существенную роль во многих процессах в атмосфере, в частности, в формировании термической структуры атмосферы и спектрального состава доходящего до поверхности Земли солнечного излучения.

Будучи расположенной между тропосферой, уже более ста лет изучаемой метеорологами, и верхней атмосферой, непрерывно исследуемой с 50-х годов с помощью искусственных спутников Земли, геофизических ракет, средняя атмосфера представляет собой одну из наиболее труднодоступных областей для наблюдений.

Интенсивное экспериментальное изучение этой важной области началось в конце 70-х - начале 80-х годов и было связано, в основном, с возникновением опасности ан-

тропогенного нарушения состояния средней атмосферы и особенно ее озонного слоя. Широта и тесная взаимосвязь явлений привели к необходимости комплексного изучения средней атмосферы в рамках международных проектов (например, МАП, NDSC, DYANA, EASOE, AIDA, ALOHA, SPARC, CRISTA/MAHRSI и многие другие). В этих программах были объединены измерения параметров атмосферы с помощью наземной, аэростатной, самолетной, ракетной, спутниковой аппаратуры и интерпретация данных с использованием различных моделей. Широко использовались оптическая и радиоаппаратура дистанционного зондирования, контактные измерения.

В результате исследований стало известно много новых фактов, касающихся как естественного состояния средней атмосферы, так и возможного влияния на нее деятельности человека. Уменьшение концентрации озона, связь солнечной активности и погоды, влияние возмущений на поверхности Земли и в тропосфере на процессы в вышележащих слоях, изменение физической структуры и химического состава средней атмосферы из-за извержения вулканов, вторгающихся заряженных частиц в периоды высокой магнитной активности, разрядных процессов грозового электричества -это лишь часть проблем, изучение которых в последние десятилетия привлекает все большее внимание.

Специфика изучения средней атмосферы состоит в том, что многие явления в этой области атмосферы: волны, вариации химического состава, перенос излучения, поведение заряженных частиц должны быть рассмотрены вместе, так как между различными группами процессов существуют важные связи. Температура стратосферы и мезосферы в значительной степени зависит от распределения газовых составляющих. В частности, предсказываемое увеличение атмосферных СОъ и СН4 в следующем веке может привести к значительным изменениям в распределении температуры, плотности и состава средней атмосферы. Уменьшение концентрации озона также приведет к изменению температурного профиля. Поглощение озоном излучения Солнца в ультрафиолетовом диапазоне вызывает нагрев окружающего воздуха;

этот процесс определяет рост температуры в стратосфере с высотой. Озон также сильно поглощает инфракрасную радиацию с длиной волны 9,6 мкм, находящуюся в окне прозрачности атмосферы в полосе 8-13 мкм. Поэтому глобальное уменьшение содержания озона в стратосфере и рост его концентрации в тропосфере могут привести к долговременным изменениям потоков излучения и, соответственно, к изменениям глобального и регионального климата [1—3].

Распределение температуры контролирует динамические процессы в атмосферном газе: система атмосферной циркуляции связана с неоднородностью поглощения солнечной энергии, направление и сила средних ветров определяются температурными градиентами.

В свою очередь распределение малых составляющих зависит не только от химических реакций, которые вносят вклад в их образование и разрушение, но и от температуры, которая определяет скорости многих химических процессов, от волновых процессов, обусловливающих перенос химических компонент, а также от вторгающихся потоков заряженных частиц. Так, химический состав средней атмосферы сильно меняется во время повышенной солнечной и геомагнитной активности. Вторгающиеся в полярную атмосферу энергичные солнечные протоны вызывают увеличение стратосферного N0, приводя тем самым к каталитическому разрушению 03 и изменению температуры стратосферы (н-р, [4-9]). Спорадические высыпания релятивистских электронов из внешних радиационных поясов в значительной степени могут изменять электрические свойства средней атмосферы до высот порядка 50 км [5,10-12]. Как показали недавние ракетные измерения [12], скорость ионизации атмосферы за счет вторгающихся электронов превышает фоновую скорость ионизации за счет космических лучей начиная с высот порядка 45 км.

Результатом взаимодействия пучка энергичных электронов с ионосферной плазмой и нейтральным газом являются многие электродинамические эффекты, в том числе электромагнитное излучение в широкой полосе частот. Кроме вторгающихся

потоков заряженных частиц вклад в широкополосное электромагнитное излучение атмосферы вносят различные электрические явления, возникающие в результате взаимодействия газовой составляющей с аэрозолями. Коронные, искровые, импульсные разряды и соответствующие плазмохимические процессы играют важную роль в энергобалансе и химическом строении атмосферы [13-17].

Одним из факторов, влияющих на динамику малых составляющих и термическую структуру атмосферы, являются внутренние гравитационные волны (ВГВ). Несмотря на то, что гравитационные волны экспериментально изучаются более 30 лет, целый ряд вопросов, связанных с географическим распределением волновой активности, характеристиками основных источников волн и масштабами индуцированных волнами возмущений скорости ветра, температуры, плотности атмосферы, остается невыясненным. Так, до сих пор нет единого мнения о природе мезомас-штабных флуктуации в средней атмосфере (характерное время от 5 минут до 20 часов; пространственные масштабы от десятков до сотен километров). Некоторые авторы рассматривают эти флуктуации как проявление турбулентности, связанной с конвективной и сдвиговой неустойчивостью (например, [18]), в то время как другие интерпретируют наблюдаемые мезомасштабные флуктуации горизонтальной скорости, плотности, температуры атмосферы на основе гравитационно-волновых взаимодействий [19-22].

Тропосферная конвекция, штормовые фронты, орография считаются основными источниками ВГВ в тропосфере. Распространяющиеся вверх ВГВ, генерируемые на низких высотах, в значительной степени обеспечивают связь между различными областями атмосферы [23]. Считается, что именно ВГВ определяют вид вертикальных профилей основных мезосферных параметров [24-26]. В последнее время все более очевидной становится необходимость учитывать влияние ВГВ на стратосферных высотах, как с точки зрения понимания глобальной атмосферной циркуляции, так и при расчете высотного распределения малых химических составляющих. Сейчас нет

сомнений, что ВГВ играют важную роль в формировании полярных стратосферных облаков в Арктическом регионе и могут влиять на скорость активации хлора и разрушения озона [27].

Одним из наиболее важных элементов средней атмосферы является озон - единственный газ, способный эффективно поглощать солнечное ультрафиолетовое излучение в области 250-300 нм. Это излучение приводит к поражению ДНК в хромосомах живых клеток, угнетению растительности, опасной степени эритемного эффекта у человека. В связи с этим вопрос о стабильности озонного слоя является центральным в изучении средней атмосферы [1,2]. Весенняя озонная "дыра", появившаяся в 80-х годах над Антарктидой, вызвала особый интерес к изучению атмосферного озона не только среди специалистов (см. обзоры [3,28-31], монографию [32], последние публикации [33-36]), но и в широких кругах общественности. Область с пониженным содержанием озона усиливала свою продолжительность, захватывая все большие площади Южного полушария. Появились озонные "дыры" в Арктике, менее интенсивные и продолжительные, но существенно более опасные в связи с большой плотностью населения в северных районах. С конца 1980-х годов регистрировалось регулярное снижение содержания озона над северными и южными широтами [3,37]. Последние исследования показали, что это явление в значительной степени обусловлено антропогенными факторами. Если ограничения на производство озоноразрушаюгцих веществ, принятые Монреальским протоколом, будут выполняться, то тенденция уменьшения озонной дыры сможет быть зарегистрирована только к 2008 году [35].

Измерения количества озона в столбе атмосферы ведут уже несколько десятилетий на сети озонометрических станций, расположенных в разных частях земного шара, включая и Антарктиду, а с 70-х годов и со спутников. Измерения озона проводятся путем регистрации относительных изменений интенсивности солнечной радиации в определенных спектральных интервалах. Для получения вертикального

распределения концентрации озона используют либо наблюдения с Земли рассеянного атмосферой излучения при заходе солнца (метод обращения), либо прямые измерения с помощью электро- и фотохимических приборов, поднимаемых на ракетах и аэростатах.

В последние годы, ввиду острой необходимости проведения длительных наблюдений малых атмосферных составляющих для детального изучения их глобальной и локальной изменчивости, все больший научный и практический интерес представляет дистанционный метод микроволновой спектроскопии [38-46]. В Институте прикладной физики Российской академии наук в течении многих лет проводятся наблюдения собственного излучения стратосферного озона в резонансных линиях вращательного спектра молекул приходящихся на миллиметровый диапазон длин волн [47-52]. Метод микроволновой спектроскопии позволяет проводить долговременные непрерывные наблюдения малых составляющих атмосферы круглосуточно, так как он не зависит от наличия ярких радиоисточников на небе. Кроме того, возможность проведения таких измерений слабо зависит от погодных условий и от наличия аэрозольной составляющей в атмосфере. Применение метода пассивного дистанционного зондирования на миллиметровых волнах дает возможность вести непрерывный мониторинг стратосферного озона в условиях полярной зимы, что особенно важно в связи с наблюдаемым сезонным дефицитом озона над Антарктидой и отдельными областями Арктики.

Одним из наиболее интересных результатов дистанционного зондирования озонного слоя на миллиметровых волнах, полученных в ходе высокоширотных экспедиций ИПФ РАН, является регистрация так называемых "быстрых" вариаций озона: концентрация озона значительно менялась с характерными временами порядка часа или нескольких часов на высотах 20-50 км, где озон считается лишь незначительно подверженным изменениям в течении суток [48,50].

Аналогичные события были зарегистрированы в экспериментах других авторов

с помощью иных методов [46,53,54].

Интерес к задачам, изложенным в диссертации, возник во-многом в связи с необходимостью интерпретации указанных выше результатов. Наша работа велась в двух направлениях - во-первых, восстановление высотных профилей концентрации озона по данным микроволновых измерений линии поглощения и, во-вторых, поиски объяснения переменности концентрации озона на различных временных масштабах. В рамках этих задач, в диссертационной работе предпринят теоретический анализ некоторых новых эффектов, приводящих к изменению уровня собственного излучения средней атмосферы и ее состава в условиях высокой магнитной и волновой активности.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. В главе 1 рассмотрено высокочастотное электромагнитное излучение авроральной ионосферы [55,56]. Конкретно, обсуждаются особенности тормозного излучения, возникающего при вторжении в атмосферу энергичных частиц в широком диапазоне частот от радио до рентгена.

Первоначально эта задача возникла в связи с попыткой оценить роль тормозного излучения от вторгающихся электронов среди механизмов быстрой переменности концентрации озона на стратосферных высотах. Однако указанная проблема расчета спектра тормозного излучения и определения параметров энергичных частиц представляет и самостоятельный интерес.

Электромагнитное излучение авроральной ионосферы является результатом различных механизмов взаимодействия электронов с ионосферным газом и занимает диапазон от геомагнитных пульсаций (частоты / ~ Ю-2 — 1 Гц) до рентгеновского диапазона (/ ~ 1017 Гц). Имеется характерная частота, лежащая в районе /о — 10 МГц, которая существенным образом разграничивает ионосферные механизмы генерации электромагнитного излучения. На частотах / < /о определяющую роль в авроральной ионосфере играют плазменные механизмы, которые довольно сложны и

неоднозначны. На частотах / > /о в ионосферных условиях практически остается один сравнительно универсальный механизм - тормозное излучение, обусловленное процессами столкновения энергичных заряженных частиц с атомными частицами. В силу своей универсальности этот механизм служит хорошим средством диагностики энергичных частиц. В частности, излучение рентгеновского диапазона, принимаемого на баллонах, эффективно используется для исследования пространственно-временных и энергетических характеристик корпускулярных вторжений с энергией больше десятков кэВ [57]. Аналогичные возможности в принципе имеются и в радиодиапазоне.

Наряду с вопросами диагностики существует и другой аспект проблемы, связанный с тормозным излучением. Дело в том, что тормозное излучение в силу своей специфики занимает очень широкий диапазон частот и вместе с космическим излучением определяет шумовой фон, на котором разыгрываются другие явления, в частности, малоизученные атмосферные процессы, дающие вклад в широкополосное электромагнитное излучение. В первую очередь, это различные атмосферные электрические эффекты (коронные, искровые и др. разряды). Знание этого фона может служить в определенном смысле эталоном для оценки других явлений.

В разделе 1.2 приводятся параметры основных источников электромагнитного излучения ионосферы. Известно, что вторжение потока энергичных электронов в ионосферу сопровождается релаксацией его энергии и увеличением числа надтепло-вых электронов, возникающих при столкновениях первичных и вновь рождающихся электронов с нейтральными частицами атмосферного газа [58,59]. Кроме того, как показали проведенные в последние годы исследования [58], на высотах 110-120 км возможна эффективная бесстолкновительная релаксация электронного пучка с возбуждением плазменных волн. Дополнительная ионизация и и нагрев электронной компоненты ионосферной плазмы формируют так называемый плазменно-турбулентный слой, который также может давать заметный вклад в тормозное излучение.

В разделе 1.3 рассчитаны спектры тормозного излучения для потоков энергичных частиц, вторичных электронов, плазменно-турбулентного слоя в условиях высокой магнитной активности. Ранее уже проводились оценки тормозного излучения в атмосфере, в первую очередь в рентгеновском диапазоне [57], а также в некоторых участках радиодиапазона(см. [60] и цитированную там литературу). Однако полная картина эффектов тормозного излучения до сих пор отсутствовала.

В разделе 1.4 обсуждаются возможности диагностики динамики взаимодействия ионосферной плазмы с вторгающимся потоком по одновременным измерениям характеристик электромагнитного излучения в радио, ИК и рентгеновском диапазонах. По виду измеряемого спектра можно достаточно однозначно определять вклад тормозного механизма излучения.

В главе 2 обсуждается использование радиометрических измерений излучения атмосферы для восстановления высотного профиля озона. Высокое частотное разрешение, реализуемое в гетеродинных спектрометрах мм диапазона, позволяет измерять линии излучения (поглощения) малых газовых составляющих атмосферы с точностью, достаточной для восстановления вертикальных профилей распределения малых составляющих. Нижняя граница высот, доступных для регистрации атмосферного озона в мм диапазоне, лежит в районе 20 км, где теллурические линии озона из-за столкновений с молекулами воздуха становятся настолько широкими, что их невозможно отделить от крыльев линий основных составляющих атмосферы. Верхняя граница измерений вертикального распределения озона находится в районе 70 км, где столкновительный механизм уширения сменяется допшхеровским. Восстановление вертикального профиля озона по радиометрическим измерениям представляет собой типичную обратную задачу. Измеряемая линия излучения или поглощения связана с вертикальным профилем озона интегральным уравнением Фредгольма 1-го рода. Ядро интегрального уравнения, зависящее от формы линии, профилей давления и температуры считается известным, в то время как концентрация озона в зависимо-

сти от высоты должна быть найдена. Проводимые Институтом прикладной физики долговременные серии озонных наблюдений в Арктике и в Антарктиде в 1986-1990 годах потребовали создания оперативного способа восстановления (в режиме реального временя) вертикального распределения озона по наблюдениям линий вращательных переходов озона вблизи резонансных частот 102 и 142 ГГц. В разделе 2.2 обсуждается методика измерения спектра поглощения озона, применяемая в ИПФ РАН [61-64]. В разделе 2.3 излагается процедура итерационного решения интегрального уравнения, основанная на методе Рандеггера - Шахина [65,66]; приведены результаты численного эксперимента по восстановлению профиля озона [49,67-70]. В разделе 2.4 приведены результаты решения обратной задачи, когда в качестве исходных данных были взяты реальные линии поглощения, измеренные в Арктике на о. Хейса в 1988 - 1989 гг. [50,71,72]. Представленные результаты показывают, что использованная процедура восстановления вертикального распределения озона на высотах больших 20 км из измерений профиля линий поглощения озона, в миллиметровом диапазоне приводит к разумным распределениям, обеспечивающим форму линий поглощения, близкую к по л зленным экспериментально.

Одним из существенных недостатков метода микроволновой спектроскопии является необходимость знания профилей температуры и давления. При отсутствии этих данных на период наблюдений приходится использовать различные модельные распределения. Это приводит к ухудшению точности восстановления вертикального профиля озона, особенно в период быстрых и значительных возмущений параметров средней атмосферы. В разделе 2.5.1 на примере итерационной процедуры Рандеггера-Шахина показана возможность восстановления некоторой комбинации концентрации озона и температуры атмосферы от логарифма уширения линии, определяемого, главным образом, зависимостью давления от высоты, без использовании априорной информации о распределении температуры и давления. В разделе 2.5.2 показана принципиальная возможность восстановления профилей озона и температуры как

функции давления по одновременным измерениям в двух линиях поглощения озона; определены требования к точности измерений на примере двух линий вращательного перехода озона, регулярно используемых в ИПФ РАН для мониторинга стратосферного озона [73].

В главе 3 предложено одно из возможных объяснений эффекта "быстрых" вариаций озона, а именно распространение внутренних гравитационных волн в сдвиговом ветровом потоке [74-82].

Квазипериодические возмущения плотности атмосферных газов, температуры, скорости ветра с временными масштабами от минут до нескольких часов обычно связывают с воздействием ВГВ. Имеется достаточно обширная литература по экспериментальному исследованию параметров гравитационных волн и тонкой структуры в вертикальных профилях температуры и озона. Измерения проводились в ракетных экспериментах [83], с помощью запуска баллонов [54], радиозондов [84-86], в лидарных наблюдениях [20,87-93]. Из этих экспериментов следует, что тонкая структура (с вертикальным масштабом несколько километров) часто встречается в профилях атмосферных составляющих. Особый интерес для нас представляют события со значительным и быстрым изменением профилей озона и температуры на стратосферных высотах.

Считается, что ВГВ имеют слишком маленькие амплитуды на высотах стратосферы, чтобы значительно возмутить озонный слой. Однако, возмущение атмосферы ВГВ сильно возрастает в сдвиговом потоке вблизи критического уровня, где скорость течения совпадает с фазовой скоростью волны. При этом линейная теория возмущений (уравнение Тейлора-Гольдштейна) дает расходимость для возмущения атмосферных параметров [94]. Для корректного анализа проблемы необходим учет вязкости, нелинейности или нестационарности (см., например, [95-98]).

Динамика возмущения плотности атмосферной составляющей в значительной степени зависит от пространственно-временных и спектральных характеристик ВГВ. В

атмосфере наблюдаются самые разнообразные типы гравитационно-волновых возмущений. Третья глава включает несколько задач, которые охватывают разные структуры ВГВ - от квазимонохроматических волн до пакетов волн с шумовым спектром.

В разделе 3.2 рассмотрено искажение профилей атмосферных параметров (в первую очередь концентрации озона) монохроматической внутренней гравитационной волной, взаимодействующей со сдвиговым течением [76]. Известно, что нелинейное искажение стратифицированного ветрового потока монохроматической гравитационной волной приводит к формированию критического слоя*, области замкнутых линий тока вблизи критического уровня (так называемые "кошачьи глаза" Кельвина). Для малых чисел Ричардсона (Ш «С 1) удается найти приблизительное аналитическое решение для структуры линий тока вблизи критического слоя, ширина которого пропорциональна уА/Ь, А - амплитуда смещения частиц в волне, Ь - характерный размер сдвигового течения [95].

Воспользовавшись известной картиной линий тока, мы показали, что формирование критического слоя приводит к значительным временным и высотным осцил-ляциям плотности озона. В разделе 3.2 найдены период осцилляций плотности в случае, когда структура потока вблизи критического слоя определяется нелинейностью, а вязкие эффекты малы. Это достаточно реалистичное предположение при больших числах Рейнольдса, типичных для атмосферы [94]. Для разумных параметров гравитационной волны и ветрового потока (для амплитуды волны А ~ 1 км и вертикального размера сдвигового течения X ~ 10 км) амплитуда возмущений плотности пассивной примеси может быть порядка невозмущенной величины, характерный период осцилляций плотности составляет несколько часов. Временной масштаб определяется периодом баунс-осцилляций частиц жидкости в области замкнутых линий тока.

В разделе 3.3 в рамках приближения Буссинеска для изотермической атмосферы были сделаны численные оценки возмущения плотности озона и температуры [77].

Приведенные результаты показывают, что указанный эффект может быть обнаружен как при наблюдениях in situ, так и в микроволновом эксперименте, когда измеряемая оптическая толщина связана с концентрацией озона интегральным соотношением. Приведенные в разделах 3.2, 3.3 результаты справедливы для волновых пакетов с узким спектром, когда разброс по горизонтальным фазовым скоростям в пакете Ас удовлетворяет неравенству Ас «С Uqv5nl, где - производная профиля скорости ветрового потока по вертикальной координате у, ¿nl ~ характерный вертикальный размер нелинейного критического слоя (КС), определяемый амплитудой волны [95].

В разделе 3.4 [80] рассматривается противоположный предельный случай, когда разброс по фазовым скоростям в пакете достаточно велик, и "перекрытый" резонансными слоями различных гармоник интервал высот много больше вертикального размера КС каждой спектральной гармоники:

UQJnl < Ас <С со,

где Со - средняя фазовая скорость пакета. Для квазишумового спектра пакета ВГВ движение элементов объема среды (лагранжевых частиц) в резонансной области в этом случае представляет собой случайные переходы между резонансными слоями отдельных гармоник, т. е., имеет диффузионный характер. Эволюция профилей плотности атмосферы и скорости ветрового потока при этом может быть рассмотрена с использованием методов квазилинейной теории резонансного взаимодействия волн и частиц в плазме [99]. Такой подход был предложен в работе [100], в которой был рассмотрен эффект искажения профиля скорости сдвигового течения при резонансном взаимодействии с пакетом ВГВ. Что касается эволюции вертикального распределения плотности, то, как показано в [100], в стационарном случае и при числах Ричардсона Hi > 1/4 профиль плотности не изменяется. Последнее обстоятельство обусловлено "вырожденной" структурой течения в КС данной спектральной гармо-

ники в линейном приближении: возмущение вертикальной скорости ьу обращается в ноль точно на критическом уровне, т. е., именно при совпадении скорости сдвигового течения с горизонтальной фазовой скоростью волны.

Так как случай Ш > 1/4 наиболее важен для реальной атмосферы, представляет интерес обсуждение возможности снятия такого вырождения. В [96] исследовалось влияние нелинейных эффектов, приводящих к появлению конечной скорости уу на критическом уровне. В разделе 3.4 рассмотрена возможность появления вертикальной скорости в резонансном слое при учете нестадионарности волнового поля реального пакета ВГВ. В этом случае плотность атмосферы значительно искажается в области взаимодействия пакета ВГВ со сдвиговым потоком. На вертикальном профиле плотности формируется плато, которое исчезает (плотность вновь становится невозмущенной) после прохождения пакета волн через резонансную область. Эффект образования плато приводит к значительному возмущению плотности озона и других малых составляющих даже при относительно небольших амплитудах ВГВ типичных для стратосферы. Согласно нашим оценкам, амплитуда возмущения плотности может достигать 30 — 50 % от невозмущенного значения в интервале высот порядка нескольких километров на характерных временах порядка нескольких часов. Таким образом, образование критических резонансных слоев при взаимодействии ВГВ с ветровым потоком является универсальным механизмом короткопериодических (порядка нескольких часов) вариаций озона и других составляющих атмосферы. Наблюдения подобных вариаций могут быть использованы в качестве диагностики параметров ВГВ и физических условий в критическом слое.

В Заключении перечислены основные результаты диссертации.

По теме диссертации опубликовано б статей в научных журналах, 2 препринта, 1 отчет, 6 статей в трудах конференций, 12 тезисов докладов. Основные положения диссертации отражены в статьях [50,56,64,76,77,80].

Результаты диссертации докладывались на Международном Симпозиуме по ис-

следованию средней атмосферы (Душанбе, 1989), на III и IV Всесоюзных школах по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере (Харьков, 1989; Нижний Новгород, 1991), на Межведомственном научно-техническом совещании " Статистические методы и системы обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды" (Минск, 1989), на Всесоюзной Конференции "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды" (Ереван, 1990), на XVI Генеральной Ассамблее Европейского Геофизического Общества (Германия, 1991), на Международном Совещании по электродинамике и составу мезосферы (Нижний Новгород, 1992), на 19, 20 и 23 Конференциях по изучению атмосферы оптическими методами (Швеция, 1992; Апатиты, 1993; Киев, 1996), на Международном Симпозиуме по высокоширотной оптике (Норвегия, 1993), на Совещании по изучению атмосферных взаимодействий методами дистанционного зондирования (Италия, 1994), на Конференциях молодых ученых "Атмосферный озон" и "Малые примеси атмосферы" (Институт физики атмосферы, Москва, 1995; 1998), на Школе по взаимодействию между химическими компонентами, озонным слоем и УФ-потоками (Греция, 1998), на Европейском Совещании по мезомасштабным процессам в стратосфере (Германия, 1998), на семинарах ИПФ РАН.

Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям Е.В. Суворову и В.Ю. 'Грахтенгерцу за предоставленную интересную тематику и постоянную возможность интересных и чрезвычайно полезных для диссертанта обсуждении. Автор искренне признателен всем соавторам, и особенно М.Д. Токману, оказавшему неоценимую помощь в работе над задачей о квазилинейной диффузии.

Заключение диссертации по теме «Физика атмосферы и гидросферы», Ерухимова, Татьяна Львовна

Заключение

Основные научные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Рассчитаны спектры тормозного излучения для характерных источников аврораль-ной ионосферы в широком диапазоне частот от радио до рентгена в условиях высокой магнитной активности. Показано: а) поток тормозного излучения в важном для формирования озонного слоя УФ- диапазоне составляет не более 10~б от потока излучения от Солнца. В то же время в рентгеновской области, начиная с А ~ 0,8 нм, тормозное излучение вторгающихся электронов является доминирующим; б) с точки зрения диагностики вторгающихся электронов, в спектре тормозного излучения имеются три информативные области частот, приходящихся на радио- (А > 15 см), ИК- (2 < А < 200) мкм и рентгеновский диапазоны (А < 2 нм). Одновременные измерения характеристик электромагнитного излучения в радио-, ИК- и рентгеновском диапазонах дают информацию о динамике вторгающегося в авроральную ионосферу электронного потока.

2. Показано, что метод Рандеггера-Шахина может быть использован для восстановления вертикального профиля озона при точностях микроволновых измерений, достигнутых в экспедиционных озонометрических комплексах ИПФ РАН. Получены вертикальные профили концентрации озона по результам радиометрических измерений в экспедициях в различных широтах для сильно отличающихся сезонных и метеорологических условий, включающих как спокойное состояние атмосферы, так и периоды ее быстрой изменчивости.

3. Показана принципиальная возможность восстановления профилей концентрации озона и температуры атмосферы по измерениям спектров поглощения озона в двух линиях с различной зависимостью от температуры. Установлено, что при точности экспериментальных измерений линии поглощения озона в принципе достижимой в современном эксперименте, удается восстановить профили температуры и концентрации озона с обычным для микроволнового зондирования вертикальным разрешением порядка 6 км.

4. Предложен механизм быстрых вариаций плотности озона с периодом порядка часа или нескольких часов на высотах стратосферы. Эффект основан на взаимодействии внутренней гравитационной волны со сдвиговым течением в окрестности критического слоя, где фазовая скорость волны совпадает со скоростью течения. Найдены амплитуда и период осцилляций плотности малой составляющей в нелинейном критическом слое, образованном квазимонохроматической волной. Показано, что этот эффект может приводить к короткопериодическим (с периодом порядка нескольких часов) вариациям плотности озона на стратосферных высотах с амплитудой возмущения до 100 %. Установлено, что эффект резонансного возмущения плотности озона может быть зарегистрирован в микроволновом эксперименте, когда измеряемая оптическая толщина связана с концентрацией интегральным соотношением.

5. Решена задача о взаимодействии нестационарного пакета ВГВ, обладающего широким квазишумовым спектром, с ветровым сдвиговым течением в несжимаемой невязкой атмосфере. Показано, что указанное взаимодействие приводит к значительному возмущению плотности атмосферы в окрестности критического уровня, где горизонтальная фазовая скорость волны совпадает со скоростью фонового ветрового потока. При этом во время прохождения пакета ВГВ через резонансную область на профиле плотности атмосферы и всех ее составляющих формируется плато, которое исчезает после прохождения пакета через резонансную область. Установлено, что указанный эффект может приводить к сильному возмущению плотности озона и других малых составляющих атмосферы даже при относительно небольших амплитудах ВГВ, типичных для стратосферных высот. Согласно расчетам, амплитуда возмущения озона на высотах стратосферы может достигать 30 - 50 % от невозмущенной величины за характерное время порядка нескольких часов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Ерухимова, Татьяна Львовна, 1999 год

Литература

1. Хргиан А.Х. Физика атмосферы// М.: Изд-во МГУ, 1986. - 328 с.

2. Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы// Д.: Гидрометеоиздат, 1987. - 414 с.

3. Кароль И.Л. Атмосферный озон: современное состояние проблемы// Природа. -1993. - N 5. - С.9-17.

4. Crutzen P.J., Isaksen S.A., Reid G.C., Solar proton events: Stratospheric sources of nitric oxide// Science. - 1975. - V.189. - P.457.

5. Thome R.M. The importance of energetic particle precipitation on the chemical composition of the middle atmosphere// Pageoph. - 1980. - V. 118. - P.129-148.

6. Rusch D.W., Gerard J.C., Solomon S., Crutzen P. J., Reid G.C. The effect of particle precipitation events on the neutral and ion chemistry of the middle atmosphere - I. Odd nitrogen// Planet. Space Sei. - 1981. - N.7 - P.767-774.

7. Solomon S., Rusch D.W., Gerard J.C., Reid G.C., Crutzen P.J. The effect of particle precipitation events on the neutral and ion chemistry of the middle atmosphere - II. Odd hydrogen// Planet. Space Sei. - 1981. - N.7 - P.767-774.

8. Reid G.C., Solomon S., Garcia R. Response of the middle atmosphere to the solar proton events of August-December, 1989// Geophys. Res. Let. - 1991. - V. 18, N 6. -P.1019-1022.

9. Shumilov O.I., Henriksen К., Raspopov O.M., Kasatkiria E.A. Arctic ozone abundance and solar proton events// Geophys. Res. Let. - 1992. - V.19, N.16. - P.1647-1650.

10. Thome R.M. Energetic radiation belt electron precipitation: A natural depletion mechanism for stratospheric ozone// Science. - 1977. - V. 195. - P.287-289.

11. Herrero F.A., Baker D.N., Goldberg R.A. Rocket measurements of relativistic electrons: new features in fluxes, spectra and pitch angle distributions// Geophys. Res. Let.

- 1991. - V.18, N.18. - P.1481-1484.

12. Goldberg R.A., Baker D.N., Herrero F.A. et al. Energy deposition and middle atmosphere electrodynamic response to a highly relativistic electron precipitation event// J. Geophys. Res. -1994.- V.99, ND10. - R21071-21081.

13. Trakhtengerts V.Yu, Electric field generation in atmospheric convective cell// J. At-mos. Terr. Phys. - 1992. - V.54, N3/4. - P.217-222.

14. Аскарьян Г.А., Батанов Г.М., Коссый И.А., Костянский А.Ю. Последствия СВЧ-разряда в стратосфере// Доклады АН СССР. - 1988. - Т.302, N 3. - С.566-570.

15. Kozlov S.I., Smirnova N.V., Kuzmenko M.G. Impact of microwave discharges on the lower ionosphere and middle atmosphere// Adv. Space Res. - 1995. - V.15, N12. -

P.1275-1278.

16. Modeling of the creation and kinetics of the artificial ionized layer in the upper atmosphere// J. Geophys. Res. -1994. - V.99, ND10. - P.21097-21108.

17. Mishin E. Ozone layer perturbation by a single blue jet// Geophys. Res. Let. - 1997.

- V.24, N.15. - P.1919-1922.

18. Larsen M.F., Kelly M.C., Gage K.S. Turbulence spectra in the upper troposphere and lower stratosphere at periods between 2 hours and 40 days// J. Atmos. Sci. - 1982. -V.39. - P.1035-1041.

19. VanZandt Т.Е. A universal spectrum of buoyancy waves in the atmosphere// Geo-phys. Res. Let. - 1982. - V.9, N5. - P.575-578.

20. Mitchell N.J., Thomas L., Marsh A.K.P. Lidar observations of long-period gravity waves in the stratosphere// Ann. Geophys. -1991. - V.9. - P.588-596.

21. Беляев A.H. Спектры атмосферных внутренних гравитационных волн// Изв. Ан СССР. сер. Физика атмосферы и океана. - 1992. - Т.28, N8. - С.837-845.

22. Allen S.J., Vincent R. Gravity wave activity in the lower atmosphere: Seasonal and latitudinal variations// J. Geophys. Res. -1995.- V.100, NDl. - P.1327-1350.

23. Данилов А.Д., Казимировский Э.С., Вергасова Г.В., Хачикян Г.Я. Метеорологические эффекты в ионосфере// JL: Гидрометеоиздат, 1987. -272 с.

24. Thomas R.J., Barth С., Solomon S. Seasonal variations of ozone in the upper mesosphere and gravity waves// Geophys. Res. Let. - 1984. - V.ll, N.7. - P.673-676.

25. Garcia R.R., Solomon S. The effect of breaking gravity waves on the dynamics and chemical composition of the mesosphere and lower thermosphere// J. Geophys. Res. -1985. - V.90, ND2. - P.3850-3868.

26. Vincent R.A, Fritts D.C. A climatology of gravity wave motions in the mesopause region at Adelaide, Australia// J. Atmos. Sci. - 1987. - V.44, N4. - P.748-760.

27. European Workshop on mesoscale processes in the stratosphere// Programme and Book of Abstracts. Bad Tolz. Germany. 1998. - 144 c.

28. Solomon S. The mystery of the antarctic ozone "hole"//Reviews of Geophysics. -1988. - V. 26. - P.131-148.

29. Solomon S. Progress towards a quantitative understanding of Antarctic ozone depletion// Nature. - 1990. - V.347. - P.347-354.

30. Anderson J.G., Toohey D.W., Brune W.H. Free radicals within the antarctic vortex: The role of CFCs in Antarctic ozone loss// Science. - 1991. - V.251. - P.39-46.

31. Кароль И.Л. Настоящее и будущее атмосферного озона// Природа. - 1988. - N 9.

- С.10-19.

32. Данилов А.Д., Кароль И.Л. Атмосферный озон - сенсации и реальность// Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 120 с.

33. Schoeberl М., Douglass А.Е., Kawa S.R. et al. Development of the Antarctic ozone hole// J. Geophys. Res. - 1996.- V.101, ND15. - P.20909-20924.

34. Brasseur G.P., Tie X., Rasch P.J., F. Lefevre. A three-dimensional simulation of the Antarctic ozone hole: Impact of anthropogenic clorme on the lower stratosphere and upper troposphere// J. Geophys. Res. - 1997.- V.102, ND7. - P.8909-8930.

35. Hofmann D.J., Oltmans S.J., Harris J.M. et al. Ten years of ozonesonde measurements at the south pole: Implications for recovery of springtime Antarctic ozone// J. Geophys.

Res. - 1997.- V.102, ND7. - P.8931-8943.

36. Lutman E.R., Pyle J.A., Chipperfield M.P. et al. Three-dimensional studies of the 1991/1992 northern hemisphere winter using domain-filling trajectories with chemistry// J. Geophys. Res. - 1997.- V.102, ND1. - P.1479-1488.

37. Scientific assessment of ozone depletion: 1994// World Meteorological Organization.

- Global Ozone Research and Monitoring Project.- 1994. - Report N 37.

38. Parrish A., de Zafra R. L., Jaramillo M. et al. Extremely low N<¿0 concentrations in the springtime stratosphere at McMurdo Station, Antarctica// Nature. - 1988. - V. 332.

- P.53-56.

39. Waters J.W., Stachnik R.A., Hardy J.C., Jarnot R.F. CIO and 03 strastospheric profiles: Balloon microwave measurements// Geophys, Res. Let. - 1988. - V.15. - P.780-783.

40. Connor B.J., Barrett J.W., Parrish A. et al. Ozone over McMurdo Station, Antarctica, austral spring 1986: Altitude profiles for the middle and upper stratosphere// J. Geophys. Res. -1987.- V.92, ND11. - P.13221-13230.

41. Zommerfelds W.C., Kunzi K.F., Summers M.E. et al. Duirnal variations of meso-spheric ozone obtained by ground-based microwave radiometry// J. Geophys. Res. -1989.- V.94. - P.12819-12832.

42. Bevilacqua R.M., Olivero J. J., Croskey C.L. Mesospheric water vapour measurements from Penn State: Monthly mean observations (1984-1987)// J. Geophys. Res. -1989.-V.94. - P.12807-12818.

43. DeLa Noe J., Lauque R., Lacroix J. A new microwave radiometer for measuring ozone at the Bordeaux Observatory// IGARSS'91 Conf. Dig. -1991.- V.l. - P.221-222.

44. Hartogh P., Hartmann G. K., and Zimmermann P. Simultaneous water vapour and ozone measurements with millimeter waves in the stratosphere and mesosphere// IGARSS'91 Conf. Dig. - 1991.- V.l. - P.227-230.

45. Talvela J., Luntama J.-P., Hallikainen M. Ground-based millimeter wave stratospheric ozone profile// IGARSS'91 Conf. Dig. - 1991.- V.l. - P.213-216.

46. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N. et al. Some features of the vertical ozone distribution from millimeter wave measurements at Pushino and Onsala observatories// J. Atmos. Terr. Phys. - 1994. - V.56, N1. - P.9-15.

47- Куликов Ю.Ю., Маркина Н.И., Наумов А.П. и др. Восстановление высотного распределения озона из наземных измерений интегрального поглощения в миллиметровом диапазоне волн// Изв. АН СССР. ФАО. - 1988. - Т.24, N12. - С.1282-1292.

48. Борисов О.Н., Демкин В.М., Куликов Ю.Ю. и др. Вариации стратосферного озона в полярных широтах// Изв. АН СССР. ФАО. -1989. - Т.25, N10. - С.1033-1039.

49. Андриянов А.Ф., Дрягин С.Ю., Кузнецов И.В. и др. Предварительные результаты наблюдений стратосферного озона на мм волнах в Антарктиде// ИПФ АН СССР. Препринт N 295. Нижний Новгород. 1991.

50. Kulikov Y.Y., Kuznetsov I.V., Andriyanov A.F. et al. Stratospheric ozone variability in high latitudes from, microwave observations// J. Geophys. Res. - 1994.- V.94, ND10. - P.21109-21116.

51. Красильников A.A., Куликов Ю.Ю., Мазур А.Б. и др. Обнаружение "озонных облаков" в верхней стратосфере Земли методом миллиметровой радиометрии// Геомагнетизм и аэрономия.- 1997. - Т.37. - N.3. - С.174-183.

52. Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. О прозрачности полярной атмосферы для миллиметровой радиоастрономии// Изв. ВУЗов Радиофизика. - 1997. - Т.40, N12. - С.1479-1488.

53. Еланский Н.Ф., Сеник И.А., Хргиан А.Х. Вариации общего содержания озона в области горных подветренных волн// Изв. АН СССР. ФАО. - 1988. - Т.24, N9. -С.959-966.

54. Teitelbaum Н., Ovarles J., Kelder Н., Lott F. Some observations of gravity-wave-induced structure in ozone and water vapour during EASOE// Geophys. Res. Lett. -

1994. - V.21, N13. - P.1483-1486.

55. Ерухимова Т.Л., Суворов Е.В., Трахтенгерц В.Ю. Высокочастотное электромагнитное излучение авроральной ионосферы// Геомагнетизм и аэрономия. -1990-T.30,N1,-C. 74-81.

56. Erukhimova T.L., SuvorovE.V., Trakhtengerts V.Yu. High-frequency electromagnetic emission of auroral ionosphere// Annales Geophysicae, Suppl. to V.9.-1991.-P.351.

57. Лазутин Л. Л. Рентгеновское излучение авроральных электронов и динамика магнитосферы/ / Л.: Наука, 1979. - 200 с.

58. Мишин Е.В., Ружин Ю.Я., Телегин В.А. Взаимодействие электронных потоков с ионосферной плазмой// Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 264 с.

59. Banks P.M., Chappell C.R., Nagy A.F. A new model for the interaction of auroral electrons with the atmosphere: spectral degradation, backscatter, optical emission, and ionization// J. Geophys. Res. - 1974. - V.79, N10. - P.1459-1470.

60. Клименко B.B., Трахтенгерц В.Ю. Физические процессы в полярной ионосфере// Сб. научных трудов. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1985. - С.3-20.

61. Ерухимова Т.Л., Куликов Ю.Ю., Моченева О.С., Суворов Е.В. О методике определения содержания озона по данным микроволновых измерений// IV Всесоюзная школа по распространению мм и субмм волн в атмосфере. Тезисы докладов. - Нижний Новгород - 1991.-С.150.

62. Erukhimova T.L., Kulikov Yu.Yu., Kuznetsov I.V., Mocheneva O.S., Suvorov E.V. On the determination of the ozone content from the data of microwave observations / / Int. Workshop on Electrodynamics and composition of mesosphere. Books of Abstracts. - N.Novgorod. - 1992. - P.13.

63. Kulikov Yu.Yu., Fedoseev L.I., Krasilnikov A.A., Erukhimova T.L., Suvorov E.V. Microwave sounding of stratospheric ozone in Nizhny Novgorod// CRISTA/MAHRSI Campaign Handbook. University of Wuppertal. - 1994. - P.68-69.

64. Моченева O.C., Ерухимова Т.П., Суворов Е.В. О методике определения содержания озона по данным микроволновых измерений // Изв. ВУЗов. Радиофизика. -1995. - Т.38, N 8. - С.751-770.

65. Chahine М.Т. A general relaxation method for inverse solution of the full radiative transfer equation// J. Atmos. Sci. - 1972. - V.29, N5. - P.741-747.

66. Randegger A.K. On the determination of the atmospheric ozone profile for ground based microwave measurements// Pure Appl. Geoph. - 1980. - V.118. - P.1052-1065.

67. Ерухимова Т.Д., Суворов Е.В. Восстановление высотного профиля озона в высоких широтах по результатам радиометрических измерений линий в миллиметровом диапазоне// Сб. "Распространение радиоволн мм и субмм диапазонов". - Харьков. -1989.-С. 159-164; III Всесоюзная школа по распространению мм и субмм волн в атмосфере. Тезисы докладов - Харьков, 1989 -С.147.

68. Андриянов А.Ф., Борисов О.Н., Дрягин С.Ю., Ерухимова Т.Л. и др. Система дистанционного зондирования озоносферы.// Межведомственное научно-техническое совещание "Статистические методы и системы обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды". Тезисы докладов. - Минск.- 1989.-С.123.

69. Борисов О.Н., Ерухимова T.JL, Куликов Ю.Ю. и др. Исследование стратосферного озона Арктики на высотах более 20 км по наблюдениям в линии вращательного перехода 4о,4 — 4г1,з// Всесоюзная конференция "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды". Тезисы докладов,- Ереван. Изд-во АН Арм. ССР. - 1990.-С.67.

70. Andriyanov A.N., Borisov O.N., Dryagin S.Yu., Erukhimova T.L. et al. Millimeter sounding of stratospheric ozone in high latitudes// Preprint N 326 IAP RAS. N.Novgorod, 1992; IRF Scientific Report N 209.-1992.-P.42-48.

71. Борисов O.H., Ерухимова Т.Л., Куликов Ю.Ю. и др. Измерение содержания озона в верхней атмосфере Арктики методом микроволновой радиометрии// Закл. отчет по теме "Дыра".- Горький, 1989. 86 с.

72. Борисов О.Н., Ерухимова Т.Л., Куликов Ю.Ю. и др. Микроволновые наблюдения стратосферного озона в Арктике// ИПФ АН СССР. Препринт N 306. Нижний Новгород. 1992; Borisov O.N., Erukhimova T.L., Kulikov Yu.Yu. et al. Microwave observations of stratospheric ozone in Arctic.//Annales Geophysicae, Suppl. to V.9.-

1991.-P.350.

73. Ерухимова Т.Л., Суворов Е.В. Восстановление профилей концентрации озона и температуры атмосферы по спектрам микроволнового излучения в двух линиях вращательных переходов озона// Международная Конференция "Физика атмосферного аэрозоля". - Москва. 12-17 апреля 1999г. - Тезисы докладов.

74. Erukhimova T.L., Kulikov Yu.Yu., Kuznetsov I.V., Trakhtengerts V.Yu. On the possible relation between gravity waves and short-term ozone variations in the stratosphere//]^. Workshop on Electrodynamics and composition of mesosphere. Books of Abstracts. - N.Novgorod. - 1992. - P.14.

75. Erukhimova T.L.,Trakhtengerts V.Yu. Ozone variations in in the stratosphere due to gravity waves in stratified shear flows// Atmospheric ozone, ed. T.Henriksen. - Proc. SPIE. - 1993. - V.2047. - P.83-91.

76. Erukhimova T.L.,Trakhtengerts V.Yu. A mechanism of atmospheric ozone disturbance by internal gravity waves in a stratified shear flow// Journal Atm. Terr. Phys. -1995.-V.57, N2. - P.135-139.

77. Erukhimova Т.L.,Trakhtengerts V.Yu. Ozone disturbance by internal gravity waves in shear flows and possible observational appearance// Геомагнетизм и аэрономия. -1994. - Т.34, N5. - С.91-96; 20 Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods. Book of Abstracts. - 1993. - P.27.

78. Ерухимова Т.Л., Трахтенгерц В.Ю. Возмущение вертикального профиля озона внутренней гравитационной волной в сдвиговом течении// Атмосферный озон. Труды конференции молодых ученых. - Москва. - 199-5. - С.20-29.

79. Erukhimova T.L., Tokman M.D., Trakhtengerts V.Yu. Perturbations of atmosphere and its minor constituents due to resonant interaction of gravity wave packets in shear wind flows// 23rd European meeting on atmospheric studies by optical methods. Book of Abstracts. - Kiev. - 1996. - P.36.

80. Ерухимова Т.Л., Токман М.Д., Трахтенгерц В.Ю. К квазилинейной теории взаимодействия внутренних гравитационных волн со сдвиговыми течениями// Изв. Ан СССР. сер. Физика атмосферы и океана. - 1998. - Т.34, N6. - С.827-834.

81. Ерухимова Т.Л., Токман М.Д., Трахтенгерц В.Ю. Возмущение атмосферы внутренними гравитационными волнами в сдвиговых течениях// Избранные труды молодых ученых ИПФ РАН. - Н.Новгород. 1998. С.115-121.

82. Erukhimova T.L., Tokman M.D., Trakhtengerts V.Yu. Short-term variation of atmospheric constituents due to interaction of gravity waves with shear wind flows// European Workshop on mesoscale processes in the stratosphere. Programme and Book of Abstracts. Bad Tolz. Germany. 1998. - P.133.

83. Hirota I. Climatology of gravity waves in the middle atmosphere// J. Atmos. Terr. Phys. - 1984. - V.46, N.9. - P.767-773.

84. Shutts G. J., Kitchen M., Hoare P.H. A large amplitude gravity wave in the lower stratosphere detected by radiosonde// Q. J. R. Meteorol. Soc. - 1988. - V.114. - P.579-594.

85. Kitchen M., Shutts G.H. Radiosonde observations of large-amplitude gravity waves in the lower and middle stratosphere// J. Geophys. Res. - 1990. - V.95, ND12. - P.20451-20455.

86. Whiteway J. A., Duck T. J. Evidence for critical level filtering of atmospheric gravity waves// Geophys. Res. Lett. - 1996. - V.23, N2. - P.145-148.

87. Chanin M. L., Hauchecorne A. Lidar observations of gravity and tidal waves in the stratosphere and mesosphere// J. Geophys. Res. - 1981. - V.86, NC10. - P.9715-9721.

88. Gardner C.S., Miller M.S., Liu C.H. Rayleigh lidar observations of gravity wave activity in the upper stratosphere at Urbana, Illinois// J. Atmos. Sci. - 1989. - V.46, N12. - P.1838-1854.

89. Wilson R., Chanin M.L., Hauchecorne A. Gravity waves n the middle atmosphere observed by Rajdeigh lidar, 1, Case studies// J. Geophys. Res. - 1991a. - V.96. - P.5153-5167.

90. Wilson R., Chanin M.L., Hauchecorne A. Gravity waves n the middle atmosphere observed by Rayleigh lidar, 2, Climatology// J. Geophys. Res. - 1991b. - V.96. - P.5169-5183.

91. Senft D.C., Hostetler C.A., Gardner C.S. Characteristics of gravity wave activity and spectra in the upper stratosphere and upper mesosphere at Arecibo during early April 1989// J. Atmos. Terr. Phys. - 1993. - V.55, N3. - P.425-439.

92. Whiteway J.A., Carswell A.I. Rayleigh lidar observations of thermal structure and gravity wave activity in the high Arctic during a stratospheric warming// J. Atmos. Sci. - 1994. - V.51, N21. - P.3122-3136.

93. Whiteway J. A., Carswell A.I. Lidar observations of gravity wave activity in the upper stratosphere over Toronto// J. Geophys. Res. - 1995. - V.100, ND7. - P.14113-14124.

94. Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере// М.: Мир, 1987. - 532 с.

95. Kelly R.E., Maslowe S.A. The nonlinear critical layer in a slightly stratified shear flow// Studies in Appl. Math. - 1970. - V.49, N4. - P.301-326.

96. Maslowe S.A. The generation of clear air turbulence by nonlinear waves// Studies in Appl. Math. - 1972. - V. 51, N1. - P.l-16.

97. Brown S.N., Stewartson K. On the nonolinear reflection of a gravity wave at a critical level. Part 2.// J. Fluid Mech. - 1982. - V.115. - P.217-230.

98. Troitskaya Yu. The viscous-diffusion nonlinear critical layer in a stratified shear flow// J. Fluid Mech. - 1991. - V.233. - P.25-48.

99. Веденов А.А. Введение в теорию слаботурбулентной плазмы// Вопросы теории плазмы. Вып. 3./ под ред. М.А. Леонтовича. - М.: Атомиздат, 1963. - С.203-244.

100. Цимринг Л.Ш. Дестабилизация первоначально устойчивого сдвигового течения под действием внутренних волн// Океанология. - 1982. - Т.22, N 4. - С.540-544.

101. Рапопорт В.О., Эйдман В.Я. О радиоизлучении, возникающем в ионосфере при ионизации корпускулярными потоками// Геомагнетизм и аэрономия. - 1965. - Т.5. - С.930-932.

102. Морфология и физика полярной ионосферы// Ленинград: Наука, 1971. - 268 с.

103. Хазанов Г.В. Кинетика электронной компоненты плазмы верхней атмосферы// М.: Наука, 1979. - 124 с.

104. Жеребцов Г.А., Мизун Ю.Г., Мингалев B.C. Физические процессы в полярной ионосфере// М.: Наука, 1988. - 232 с.

105. Ижовкина Н.И., Мишин Е.В. О возможности зажигания плазменно-пучкового разряда при вторжении авроральных электронов в ионосферу// Геомагнетизм и аэрономия.- 1979. - Т.19. - N.3. - С.585-586.

106. Мишин Е.В., Телегин В.А. О динамике турбулентного слоя в авроральной ионосфере// Препринт N 21. - М.: ИЗМИР АН, 1982.

107. Железняков В.В. Электромагнитные волны в космической плазме//М.: Наука, 1977.

108. Гервидс В.И., Жданов В.П., Коган В.И. и др. Тормозное излучение электронов в горячей плазме// Вопросы теории плазмы. Вып.12./ под ред. Б.Б. Кадомцева. -М.: Энергоиздат, 1982. - С.58-78.

109. Таблицы физических величин// Справочник под. ред. И.К.Кикоина. - М.: Атом-издат, 1976.

110. Кисляков А.Г., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. Поглощение микрорадиоволн примесными газами атмосферы// Сб. Спектральные исследования космического и атмосферного излучения. - Горький, ИПФ АН СССР - 1979-С.84-123.

111. Воронов В.Н., Демкин В.М., Куликов Ю.Ю. и др. // Изв. ВУЗов. Радиофизика. - 1986. - Т.29, N 12. - С.1403

112. Демкин В.М., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Юрков В.М. // Сб. Радиофизические методы и средства для исследований окружающей среды в миллиметровом диапазоне. - Киев: Наукова думка. - 1988. - С.8

113. Кисляков А.Г., Станкевич К.С.// Изв. ВУЗов. Радиофизика. - 1967. - Т.10, N 9-10. - С.1244.

114. Кузнецов И.В., Куликов Ю.Ю., Мальцев В.А., Штанюк A.M. // Изв. АН СССР. ФАО. - 1989. - Т.24, N2. - С.218.

115. Krueger A.J., Minzner R.A.// J.Geophys.Res. - 1976. - V.81. - P.4477.

116. Barnett J.J., Comey M. //Handbook for MAP. - 1985. - V.81. - P.47.

117. Бугаева И.В., Бутко А.И., Тарасенко Д.А.//Метеорология и гидрология.-1990-N5.

118. Глаголев Ю. А. Справочник по физическим параметрам атмосферы //-Л.: 1970. - 358 с.

119. Таунс Ч., Шавлов А. Радиоспектроскопия // -М.: Изд-во ин. лит., 1959. - 756 с.

120. Colmont J.M., Monnanteuil N. Measurements of A^-, Ог~ and air-broadened linewidths of ozone in millimeter region: temperature dependence of the linewidths // Handbook for MAP. - 1985. - V.16. - P.47.

121. Keating G,M. and Young D.F. Interim reference ozone models for the middle atmosphere // Handbook for MAP. - 1985. - V.16. - P.205-229.

122. Вдовин В.Ф., Зинченко И.И. Малошзгмягцие приемники миллиметровых и субмиллиметровых волн // Изв. ВУЗов. Радиофизика. - 1998. - Т.41, N 11. - С.1424-1447.

123. Dobson G. М. В. The laminated structure of the ozone in the atmosphere// Q. J. R. Meteorol. Soc. - 1973. - V.99. - P.599-607.

124. Reid S. J. and Vaughan G. Lamination in ozone profiles in the lower stratosphere// Q. J. R. Meteorol. Soc. - 1991. - V.117. - P.825-844.

125. Godin S., Megie G., David C., Haner D., Flesia C. and Emery Y. Airborne lidar observations of mountain waves induced Polar Stratospheric Clouds// Geophys. Res. Lett. - 1994. - V.21, N13.-P.1335-1338.

126. Sato K. A statistical study of the structure, saturation and sources of inertio-gravity waves in the lower stratosphere observed with the MU radar// J. Atmos. Terr. Phys. -1994. - V.56, N6. - P.755-774.

127. Eckermann S.D. Effect of background winds on vertical wavenumber spectra of atmospheric gravity waves// J. Geophys. Res. - 1995. - V.100, ND7. - P.14097-14112.

128. Nakamura Т., Tsuda Т., Fukao S., Manson A.H., Meek C.M., Vincent R.A., Reid I.M. Mesospheric gravity waves at Saskatoon (52°N), Kyoto (35°N), and Adelaide (35°S)// J. Geophys. Res. - 1996. - V.101, N.D3. - P.7005-7012.

129. Абрамович M., Стиган И. Справочник по специальным функциям// М.: Наука, 1979.830 с.

130. Галеев А.А., Сагдеев Р.З. Нелинейная теория плазмы // Вопросы теории плазмы. - Вып. 7/ под ред. М.А. Леонтовича. - М.: Атомиздат, 1973. - С. 3-145.

131. Заславский Г.М. Стохастичность динамических систем// М.: Наука, 1984. 270 с.

132. Тимофеев А.В. Резонансные эффекты в колебаниях неоднородных течений сплошных сред// Вопросы теории плазмы. - Вып. 17/ под. ред. Б. Б. Кадомцева. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - С. 157-242.

133. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику// М.: Наука, 1966. 404 с.

134. Лифшиц Е.М. Питаевский Л.П. Физическая кинетика// М.: Наука, 1979. 528 с.

135. Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М. Гидродинамика// М.: Наука, 1986. 736 с.