ИКИ РАН - Исследование Земли из космоса

Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.iki.rssi.ru/asp/lab_555.htm
Дата изменения: Mon May 5 15:42:22 2008
Дата индексирования: Mon Oct 1 22:46:59 2012
Кодировка: Windows-1251
Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п р п р п р п р п р п

	Институт Космических Исследований Российской Академии Наук	SRI RAS - Main ИКИ РАН - Главная

Отдел "Исследование Земли из космоса"

Лаборатория 555 - Климатические исследования

Сотрудники лаборатории:

Шарков Евгений Александрович - зав. лабораторией, д. ф.-м. н., профессор
Астафьева Наталья Михайловна - ведущий научный сотрудник, д. ф.-м. н.
Зверева Ольга Олеговна - ведущий инженер
Комарова Наталия Юрьевна - главный специалист
Кравцов Юрий Александрович - главный научный сотрудник, д. ф.-м. н., профессор
Покровская Ирина Вячеславовна - главный специалист

Основные направления исследований лаборатории:

1. Изучение крупномасштабных термодинамических процессов тропической и внетропической зон системы океан - атмосфера, оказывающих влияние на транспортные и диссипативные свойства атмосферы: тропический циклогенез, процесс Южное колебание - Эль-Ниньо, основные центры действия атмосферы, планетарные волны и др.

2. Нелинейная стохастическая геофизика мульти-масштабных взаимодействий в системе океан - тропосфера - стратосфера - ионосфера. Атмосферные катастрофы как естественные и необходимые макроструктуры в природной системе. Воздействие солнечной активности на формирование атмосферных катастроф.

3. Численное исследование течений, формирующихся во вращающихся сферических слоях под воздействием физических факторов, моделирующих динамические и тепловые воздействия, управляющие крупномасштабными термодинамическими процессами в атмосфере.

4. Комплексный анализ структуры долговременных изменений гидрометеорологических, гелиофизических и геофизических параметров в целях исследования изменчивости климатической системы Земли.

5. Развитие методик научного анализа данных измерений (рядов и полей) с использованием методов локализованного спектрального анализа (на базе математического аппарата вейвлет-преобразования) и методов теории динамических систем.

6. Формирование и развитие электронной базы данных глобального тропического циклогенеза.

7. Формирование и развитие электронной базы данных глобального радиотеплового поля Земли (совместно с лабораторией 551).

8. Создание серии анимационных фильмов (на основе радиотепловых спутниковых данных), демонстрирующих структуру и динамику атмосферных процессов разного масштаба

Основные темы, проекты и гранты лаборатории:

1. 2003-2008. Тема "КЛИМАТ" "Изучение изменчивости климатических параметров и природные катастрофы разных масштабов: развитие и анализ физических механизмов, разработка современных методов обработки данных космического мониторинга климатических и экологических процессов", Министерство образования и науки РФ. Государственная регистрация ? 01.20.0303440.

2. 2003-2005. Проект ? 03-05-64143 "Выявление возможной связи ионосферных возмущений и гелиогеофизических факторов с процессами образования и эволюции тропических циклонов и энергобалансом циклонических образований" РФФИ.

3. Проект РФФИ ? 01-05-64372 "Тропический циклон и поле спиральной турбулентности: структура и взаимосвязи".

4. Проект РФФИ ? 96-07-89361 "Разработка и создание базы данных глобального тропического циклогенеза за 1983-1993 гг."

Некоторые результаты, полученные в ходе работ
по основным направлениям исследований лаборатории:

1а. Спутниковое изображение тропического циклона, полученное радиометрами SSM/I на разных частотах.

1б. Изображение того же тропического циклона в динамике на частотах 19,35 (вверху) и 22,24 (внизу) ГГц - т.е. в диапазонах видимой поверхности и влагозапаса, соответственно. Представлена детальная картина крупномасштабного 'выброса' водяного пара, привязанного к системе тропического циклона, из тропической зоны в средние широты. Подобный "выброс" является по существу одним из элементов полярного переноса тепловой энергии из тропиков в полярные области. Детальный анализ элементов полярного переноса представляет собой одну из важных проблем глобальной циркуляции атмосферы Земли.

1в. Глобальное радиотепловое поле системы океан - атмосфера на частоте 19,35 ГГц (получено весной северного полушария, 28 апреля 2001 г.). В нижней части рисунка показана цветовая радиотемпературная шкала в градусах Кельвина. Для удобства разворот по экватору в 360њ дополнен 120-ю градусами. Это дает возможность изучать структуру атмосферных процессов над акваторией каждого из океанов планеты полностью. Отметим, что даже в том масштабе, в котором представлено глобальное поле на рисунке, легко различаются квазистационарные крупномасштабные структуры - основные центры действия системы океан - атмосфера.

2а. Изменение значений индекса Южного Колебания (стрелками отмечены наиболее сильные явления Эль-Ниньо); ниже - картина вейвлет-спектров мощности индекса Южного Колебания и чисел Вольфа (характеристика солнечной активности).

Наиболее интенсивные явления Эль-Ниньо (отмечены стрелками) происходят в годы наибольшей активности Солнца и тесно связаны с периодами наибольших градиентов - наиболее резких изменений солнечной активности.

2б. Вейвлет-спектры глобального количества циклонов, усредненные за 19 лет; внизу - разрезы вейвлет-спектров вдоль оси частот для фиксированного дня года (день 254 и 141, соответственно).

2в. Анализ связи между тропическим циклогенезом и притоком солнечного тепла к системе поверхность земли - атмосфера показал, что тропический циклогенез откликается на приток тепла со значительной задержкой. Время отклика (фазовая задержка) тропического циклогенеза на приток тепла составляет 76 дней в северном и 53 дня в южном полушарии.

3. Крупномасштабные термодинамические процессы в атмосфере и океанах Земли происходят под определяющим воздействием трех физических факторов: кривизна поверхности, вращение планеты и тепловой обмен (солнечная радиация и энергообмен между океанами, атмосферой и сушей). Учет влияния каждого из этих факторов принципиально важен: так, характерные для атмосферы и океанов волны Россби являются результатом того, что некоторые стационарные в плоском слое течения в сферическом случае (с широтной неоднородностью силы Кориолиса) приобретают волновую природу. На рисунке представлены линии тока меридионального течения, формирующегося во вращающемся слое с условиями, имитирующими неравномерный по широте нагрев атмосферы Солнцем. В результате смешанного влияния динамических и тепловых факторов могут формироваться, в частности: дифференциальное вращение жидкости, суперротация экваториальной области, 'полосатая' структура полей температуры и скорости вблизи внешней границы, подобные тем, что наблюдаются в атмосферах планет-гигантов.

4а. Примеры применения вейвлет-преобразования к простым функциям: синусоида - с модуляцией и без, сумма двух синусоид - прямая и последовательная, фазовый сдвиг. Показаны: анализируемая функция f(t), вейвлет-спектр W(a,b), скелетон (линии локальных максимумов). По оси абсцисс - время t или параметр сдвига b,по оси ординат - частота w или масштабный коэффициент a.

4б. Вейвлет-спектр случайного процесса.

Локальные максимумы вейвлет-преобразования

4в. Линии локальных максимумов вейвлет-преобразования однородного триадного канторовского ряда (вверху) и случайного процесса (внизу), в логарифмическом масштабе.

5. Кадры анимационного фильма: слева - глобальное радиотепловое поле, полученное на частотах 19,35 (вверху) и 22,24 (внизу) ГГц (видимая поверхность и интегральный влагозапас), справа - глобальное радиотепловое поле на частотах 19,35 и 85,5 ГГц (видимая поверхность и интегральный водозапас).

В середине каждого кадра показана цветовая радиотемпературная шкала в градусах Кельвина.

ї ИКИ РАН, 2005