Науки о земле

Изложена методика определения параметра квадратичной нелинейности и амплитуды низкочастотных внутренних гравитационных волн в прибрежной зоне окраинного моря, основанная на зависимости скорости их распространения от локального значения вертикального смещения пикноклина, вызванного этими волнами. Для проверки метода использованы данные натурных наблюдений внутренних волн в прибрежной зоне Японского моря.

Показано существенное влияние океанических волн Россби на тепловое взаимодействие океана и атмосферы на основе анализа натурных наблюдений за температурой и скоростью течений океана, а также температурой воздуха и скоростью ветра. Прослеживается устойчивая достоверная связь течений волн Россби с температурой поверхностных вод океана.

Представлены методика и результаты расчетов статистических параметров образования навалов льда. Изложена динамическая модель образования навалов льда на берегах. Проанализированы основные ледовые, метеорологические и морфологические факторы, влияющие на образование береговых навалов.

Проведена верификация мультимодельного вероятностного прогноза на основе данных моделей АРСС (Asia-Pacific Climate Centre). Оцениваются зимние и летние среднесезонные поля Т [850] и сезонные суммы осадков. Используется метод комплексации, в котором сначала рассчитывается вероятностный прогноз по каждой из моделей отдельно, а затем они комбинируются с применением формулы полной вероятности.

Приводятся некоторые результаты работ по улучшению условий погоды в мегаполисах методами активных воздействий. Основной задачей этих работ являлось рассеяние облаков и уменьшение или прекращение осадков на защищаемой территории во время проведения политических, культурных и спортивных мероприятий. В качестве реагентов для засева облаков применяли жидкий азот, твердую углекислоту, йодистое серебро и грубодисперсный порошок.

Проведено исследование водности и водозапаса конвективной облачности, сопровождающейся ливнями, грозами и градом. Значения водности и водозапаса получены расчетным путем на основе радиолокационных характеристик кучево-дождевой облачности, а также с помощью ряда эмпирических зависимостей.

Выполнен анализ методов расчета пропускной способности русла с поймами. Установлено, что стандартная методика, рекомендуемая нормативными документами, неэффективна. Одной из причин больших погрешностей расчетов по ней является неучет эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков.

Исследованы процессы формирования опасного ветрового волнения на акватории Северной Атлантики в течение трех холодных периодов (октябрь-март) с 2007 по 2010 г. Получены оценки изменчивости траекторий циклонов, полей ветра и высоты волн при интенсификации зональной или меридиональной циркуляции атмосферы.

На основе многолетних данных натурных измерений испаряемости на 81 станции Государственного гидрологического института оценены параметры зависимости проводимости G от скорости ветра W, входящей в формулу испаряемости Дальтона. Была применена линейная зависимость от W, т. е. модель G (W) = g [1]+ g [2] W. Найденные значения g [1]=165, 2 и g [2]= 99, 9 использованы при расчете испаряемости по результатам обычных метеорологических наблюдений на территории бывшего СССР в местах расположения 2460 метеостанций.

Осуществлено сравнение временного хода температуры и скорости ветра на разных уровнях, а также профилей ветра и температуры в атмосферном пограничном слое, получаемых в прогнозах региональной модели WRF и с помощью высотных контактных и дистанционных измерений в Москве и Московском регионе.

Премия имени В. Г. Глушкова и В. А. Урываева за исследования гидрометеорологических и гелиогеофизических процессов в атмосфере, на поверхности суши, в Мировом океане, Арктике и Антарктике присуждена сотрудникам Государственного гидрологического института - Шикломанову И. А. (посмертно), В. Ю. Георгиевскому, В. И. Бабкину, Ж. А. Балоишниковой, А. М. Никанорову, Б. В. Боревскому за монографию "Водные ресурсы России и их использование".

Исследованы статистические связи параметров поля приземной температуры воздуха и поля давления с характеристиками ледовых процессов на Баренцевом, Белом, Балтийском, Азовском и Каспийском морях. Определены параметры гармонических составляющих для расчета межгодовой изменчивости ледовых характеристик этих морей.

Рассмотрена параметризация турбулентного распространения аэрозоля в облачной среде на основе описания трех стадий диффузионного процесса, где первая стадия описывает диффузию при малом интервале времени, вторая - режим диффузии при промежуточном отрезке времени, сравнимом с лагранжевым временным масштабом, и третья охватывает диффузионный процесс при большом промежутке времени диффузии.

Анализ связи среднемесячной температуры и месячной суммы осадков между месяцами холодного и теплого периодов показал наличие нескольких довольно тесных связей. Предположительно, эти связи могут быть использованы в качестве вспомогательного инструментария при составлении долгосрочных прогнозов погоды.

Получена оценка точности расчета ветрового волнения по трем математическим моделям, используемым для диагноза и прогноза ветрового волнения в Гидрометцентре России, Службе погоды США и Европейском центре среднесрочных прогнозов погоды. Оценка точности производилась за весь 2006 г. путем сравнения модельных расчетов по разным полям ветра с ежечасными инструментальными измерениями волн на 16 буях в северной части Атлантического океана.

Рассмотрено проявление глобальных процессов в системе океан-атмосфера в изменчивости гидрофизических и гидробиологических полей. Показано, что изменчивость североатлантического и южного колебаний в зимне-весенний период влияет на весенние гидрометеорологические условия в районах водосборов европейских рек Черноморского бассейна, обусловливая изменчивость объемов стока этих рек и масштабы распространения речных вод на северо-западном шельфе.

В рамках задачи количественного описания эволюции торосистого образования рассматривается вопрос об усвоении тепла солнечной радиации в толще паруса тороса. Описываются методика проведения экспериментальных исследований и средства измерений. Показано, что толща паруса тороса усваивает на 20-50% солнечной радиации больше, чем ровный морской лед.

Специалисты Росгидромета приняли участие в организации и проведении исследований в Арктике и средних широтах в рамках 11 проектов, а также участвовали в аэростатных исследованиях в тропиках. За этот период на территории России организовано выполнение 42 полетов аэростатов разного класса в целях измерения атмосферных характеристик, валидации данных спутниковых приборов, испытания прототипов будущих спутниковых измерителей.

Пункт метеорологических наблюдений в Самаре был организован в середине 19 в. До 1935 г. наблюдения проводились в разных местах города и с перерывами, с 1928 г. - при Самарском университете, где была открыта метеорологическая станция, и только с 1935 г., с момента организации Куйбышевской геофизической обсерватории была организована по-настоящему профессиональная метеорологическая станция, которая работает до сих пор.

Проведен анализ оценок максимальной потенциальной интенсивности (МПИ) тропических циклонов (ТЦ) по разным моделям на основе натурных данных. В ряде случаев отмечена неадекватность модельных оценок МПИ реальной интенсивности ТЦ, что, прежде всего, связано с неучетом в имеющихся в настоящее время моделях ряда особенностей структуры ТЦ и их окружения.

Приводятся уточненные и дополнительные понятия ряда важных метеорологических явлений. К числу этих понятий, в частности, относятся атмосферный фронт и воздушная масса, тропический циклон, деформация поля атмосферного озона струйным течением, тропопауза, внезапное атмосферное потепление, озоновая дыра в атмосфере, парниковый эффект, эффект многократного рассеяния ультрафиолетового излучения в атмосфере.

По результатам наблюдений на станции Апатиты в конце лета - начале осени 2006 г. для разных метеорологических условий проведены исследования аэроэлектрических характеристик приземного слоя атмосферы с целью выяснения пространственной структуры атмосферных токов. Статистическими методами оценены горизонтальные масштабы аэроэлектрических неоднородностей при скорости ветра 2-6 м/с.

Определены уровни содержания ртути в воде экосистемы дельты реки Северная Двина. Изучены взаимосвязи концентраций ртути с физико-химическими параметрами водного объекта, а именно с pH, Eh, температурой, соленостью, содержанием кислорода и органических веществ.

Исследуется зависимость количества осадков, их кислотности и ионного состава от атмосферной циркуляции на основе расчета обратных траекторий для периода 1982-1993 гг. Получены количественные оценки основных параметров траекторий и показано их существенное различие в летнее и зимнее время.

Приводятся результаты анализа многолетнего архива декадных наблюдений за состоянием ледяного покрова Японского моря. Оценивается достаточность описания состояния ледяного покрова традиционно используемыми параметрами: сплоченностью, возрастом и формами льда.

Рассмотрены изменение числа дней с грозами на территории Беларуси и особенности их формирования. Они имеют большую пространственную и временную изменчивость. Пространственная изменчивость характеристик гроз оценивалась с помощью картирования, временные ряды числа дней в году с грозами исследовались с помощью стандартных статистических методов.

Рассматривается новый метод дистанционного определения температуры поверхности суши по данным разновременных измерений аппаратуры SEVIRI/"Meteosat -9" в каналах окна прозрачности 10, 5-12, 5 мкм при отсутствии облачности в поле зрения прибора. Метод представляет комбинацию двух известных алгоритмов тематической обработки спутниковых данных и позволяет определять температуру поверхности суши без привлечения данных о значениях излучательной способности суши в пунктах зондирования.

Показано соответствие между значениями среднемноголетней годовой транспирации, полученными по методам Пенмана-Монтейса и с использованием коэффициента транспирационной активности. Предлагается учитывать климатические особенности региона при расчете транспирации по методу Пенмана-Монтейса.

Сделаны модельные оценки изменений эмиссии метана в атмосферу наземными экосистемами для европейской и азиатской части России с использованием модельного блока метанового цикла и расчетов с региональной моделью климата. Расчеты проведены для современного базового периода (1991-2000 гг. ) и для середины (2041-2050 гг. ) и конца (2091-2100 гг. ) XХI в. при сценарии антропогенных эмиссий SRES A2.

Обсуждается успешность оперативных гидродинамических прогнозов метеорологических величин и характеристик погоды в пунктах. Успешность гидродинамических прогнозов выше успешности синоптических прогнозов. Это позволяет осуществить переход к детальным оперативным гидродинамическим прогнозам погоды в пунктах.

Премия имени академика Е. К. Федорова за исследования гидрометеорологических и гелиогеофизических процессов в атмосфере, на поверхности суши, в Мировом океане, Арктике и Антарктике присуждена сотрудникам ГУ "ИГКЭ" Росгидромета и РАН - Юрию Антониевичу Израэлю, Алле Викторовне Цыбань за монографию "Антропогенная экология океана". Настоящее издание монографии дополнено новой научной информацией по исследованию антропогенного воздействия на Мировой океан и новой главой по влиянию изменения климата на морские экосистемы.

Рассматривается прикладной статистический анализ периодически коррелированных временных рядов с известным периодом коррелированности Т. Предложены статистические оценки тренда (неслучайной аддитивной составляющей) и математического ожидания (сезонной или суточной составляющей) исследуемого временного ряда.

Исследованы особенности в тенденциях изменения температуры воздуха на отдельных станциях Дальнего Востока. По данным наблюдений за температурой воздуха методом наименьших квадратов рассчитана оценка коэффициентов уравнения линейного тренда. Показано, что в северных районах тренд температуры воздуха обладает малой обеспеченностью при малых значениях остаточной изменчивости. В южных районах значимость тренда увеличивается почти во все сезоны при малых значениях остаточной изменчивости.

Проанализированы условия формирования 21 взрывного циклона. Определены типичные значения некоторых характеристик атмосферы и океана, сопутствующие образованию взрывных циклонов: индексов североатлантического и восточно-атлантического колебаний, температуры воздуха и воды, потоков явного и скрытого тепла.

Выполнена оценка качества воспроизведения гидродинамической моделью ММ5 суточного хода температуры воздуха в июле на Урале путем сравнения с данными станционных наблюдений. Модель ММ5 лучше воспроизводит максимумы температуры, чем минимумы, которые она сильно завышает. Наибольшую точность восстановления температуры воздуха модель демонстрирует в сроки 3, 6, 9, 12 и 24 ч, а наименьшую - в 15, 18 и 21 ч.

Транспортно-географическое положение - это важный элемент экономико-географического положения объекта. Оценка транспортно-географического положения рекреационных объектов относительно мест формирования основных туристских потоков позволяет выявить факторы, препятствующие или способствующие доставке туристов к ним. Это может способствовать оптимизации регионального планирования развития туризма, главным образом улучшению работы транспорта по обслуживанию туристов.Соловецкие острова - важнейшее рекреационное направление Архангельской области, имеющее мировое значение. В работе предлагается балльная оценка транспортно-географического положения Соловецких островов для целей туризма. Анализу подвергаются временные и экономические расстояния между точкой начала туристского потока и конечной точкой туристского интереса. Центры формирования туристских потоков связаны с Соловецкими островами транспортными путями. Центры могут быть транзитными, но именно из них туристы отправляются к объектам своего интереса. Приведены оценки транспортно-географического положения рекреационных объектов Соловецких островов относительно Архангельска, Москвы, Санкт-Петербурга, Мурманска и Петрозаводска как потенциальных центров формирования туристских потоков. Анализируются транспортные схемы, в которые включены различные виды транспорта, выполняющие регулярные пассажирские рейсы. Островное положение изучаемых рекреационных объектов ограничивает возможности туристов и обязывает их использовать в своих маршрутах авиационный и морской транспорт. Поэтому для увеличения доступности рекреационных объектов Соловецких островов необходимо оптимизировать схемы движения этих видов транспорта по времени, цене и качеству обслуживания. Введение дополнительных рейсов в туристский сезон и синхронизация работы различных видов транспорта будет способствовать увеличению потока туристов к рекреационным объектам на островах.

Разработана система количественных параметров половодных гидрографов расходов и уровней воды на Нижней Волге и ее дельте. Выполнена сортировка половодных сбросов Волжской ГЭС и соответствующих им половодий в вершине дельты Волги по градациям их водности и рассчитаны их параметры за весь период зарегулированного режима стока (с 1961 г. ).

Приводятся данные о потерях от заморозков на территории Южного федерального округа России. Рассматриваются вопросы оптимизации методов защиты от радиационных заморозков, основанных на создании искусственных дымовых завес и туманов. Приведена оценка экономической целесообразности применения оптимизированных методов защиты от радиационных заморозков.

Рассмотрен алгоритм построения двухмерных рядов Фурье в сферической системе координат по полному набору ортогональных ультрасферических многочленов, частными случаями которых являются многочлены Лежандра и многочлены Чебышева первого и второго родов. Предложенные ряды равномерно сходятся во всех точках сферы, включая полюса.

Представлены результаты, обобщающие цикл работ, связанных с постановкой и решением обратных задач для одномерной модели неустановившегося движения воды в реках. Рассматриваются различные процедуры, позволяющие определить все основные характеристики сложного речного русла по наблюдениям за неустановившимся движением воды.

На основе изучения корреляционных соотношений водяной пар-озон проведена оценка доли тропосферного воздуха вблизи термической тропопаузы. Для расчета были выбраны данные измерений в период нескольких полевых кампаний, проводившихся в зимний период во внетропических регионах. В полете 11 февраля 2003 г. на высоте 12 км было зафиксировано увеличение концентрации водяного пара в 1. 5-2 раза по сравнению с усредненными значениями концентрации водяного пара для внетропических областей.

На примере четырех глобальных моделей атмосферы проводится верификация модельных динамических механизмов генерации вертикальных движений. Предлагаемый подход применен для определения причин недостаточно успешного прогноза осадков по двум отечественным моделям в сравнении с моделями Метеорологической службы Великобритании и Национального центра прогнозирования состояния окружающей среды США.

Наряду с изучением изменений общего количества облаков особое внимание уделяется распределению основных форм по частоте их повторения. Пространственное обобщение результатов для крупных регионов позволило выявить преобладающие тенденции в изменении облачного покрова, которые слабо зависят от сезона года и отражают крупномасштабные изменения характеристик облачности во второй половине 20 в.

Предлагается методика оценки скорости перемещения и места остановки транспортируемого селевым потоком крупногабаритного скального обломка на разных участках водотока с учетом гидравлических характеристик потока и геометрических размеров скального обломка.

При параметризации оперативных моделей, входящих в системы выпуска прогнозов дождевых паводков в автоматическом режиме, на первый план выходит вычислительная эффективность, т. е. оптимизационная процедура должна приводить к получению удовлетворительного результата, оставаясь при этом достаточно быстрой. Первая статья цикла посвящена критическому анализу господствующего в гидрологическом моделировании направления автоматической калибровки многопараметрических моделей.

Рассмотрены особенности пространственного распределения положительных грозовых разрядов, полученных с помощью однопунктового грозопеленгатора-дальномера с радиусом наблюдения - 1200 км. Зафиксировано, что распределения положительных разрядов отражают в целом общую картину грозовой активности.

Представлены результаты проверки качества прогностических полей относительной влажности для широкого спектра численных моделей. Оценена успешность прогноза сочетаний условий, приводящих к обледенению воздушных судов: отрицательной температуры и высокой относительной влажности.

Рассматривается статистический метод оценки и среднесрочного прогноза выбросов парниковых газов. Показано, что наличие достаточно значимых и устойчивых статистических связей между выбросами парниковых газов и рядом показателей развития экономики позволяет производить оперативную оценку и прогноз выбросов парниковых газов в экономике России с горизонтом прогнозирования до нескольких лет.

На основе анализа многолетних данных о содержании органического вещества и цветности вод рек изучены закономерности сезонной изменчивости гидрохимических показателей с использованием кривых обеспеченности. Выполнена оценка качества вод рассматриваемых рек для разных сезонов.

По данным многолетних измерений вычислены средние квадратические отклонения мезомасштабных, синоптических, сезонных и межгодовых колебаний температуры воздуха и воды. Получены оценки вкладов каждого вида колебаний в суммарную временную изменчивость.