как узнать актуальные высоты тропопаузы для рф
Тропопауза
Тропопауза имеет разные характеристики между слоями, которые она разделяет, и именно это приводит к изменению климата. В этом посте мы расскажем вам все о тропопаузе.
ключевые особенности
Отверстия в тропопаузе позволяют озону, присутствующему в стратосфере, и остальному сухому воздуху проникать в тропосферу. Высотные значения тропопаузы снижаются в областях от экватора до полюсов. Однако температура увеличивается с высотой.
Типы тропопаузы по высоте и широте
Таким образом, можно идентифицировать три различных состояния или три типа тропопаузы в зависимости от местности, в которой она находится, а также от широты и высоты.
важность
Хотя может показаться, что это не так, эта линия, разделяющая оба слоя атмосферы, имеет большое значение для жизни на Земле. Во-первых, благодаря стабильности, которую он обеспечивает на высоких уровнях, знаменитый перистые облака.
Служит резервуаром для воды, так как он способен накапливать много водяного пара в своем нижнем пределе из тропических регионов. Многие из соединений, присутствующих в этом пределе, служат для лучшего понимания последствий изменения климата и того, как оно повлияет на планету. Вот как могут быть разработаны другие планы для смягчения некоторых из наиболее опасных повреждений, вызванных этим явлением.
Облака, которые достигают тропопаузы конвекционными токами, перестают подниматься и как будто натыкаются на стеклянную стену. Не позволяй облакам подниматься вверх поскольку он имеет ту же плотность, что и окружающий воздух. Противоположный случай происходит ниже тропопаузы, где воздух обладает плавучестью, позволяющей ему двигаться вверх и вниз. Самые сильные штормы в тропосфере сдувают облака над тропопаузой.
Явления, вызванные тропопаузой
Есть некоторые явления, которые происходят благодаря существованию этого предела. Мы будем анализировать их по очереди.
Во-первых, по мере увеличения концентрации CO2 они увеличивают количество столкновений молекул с другими газами, такими как азот. Во время этих ударов происходит поглощение кинетической энергии, и именно тогда возникает так называемое инфракрасное излучение. Это тип излучения, который принадлежит к электромагнитному спектру и имеет большую длину волны. Это увеличивает жар.
Когда это происходит, в тропосфере происходит довольно легкий перенос тепла, повышающий температуру. Если это явление происходит в стратосфере, создаваемое инфракрасное излучение может уйти в космос, поскольку плотность воздуха низкая. Имея меньшую плотность, воздух может охлаждать самые высокие слои атмосферы.
Второе явление, возникающее из-за тропопаузы, заключается в том, что Это происходит при увеличении концентрации CO2. В этом случае он поглощает тепло, исходящее от земли, и происходит повышение температуры в нижней части атмосферы. Таким образом, излучение достигает самых высоких слоев.
Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о тропопаузе.
Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.
РОЛЬ ТРОПОПАУЗЫ В ПОГОДНЫХ ПРОЦЕССАХ НА БОЛ ЬШИХ ВЫСОТАХ
ГИЧЕСК ИХ УСЛ ОВИЙ ПОЛЕТОВ
В соответ ствии с сущ ест вующей классификацией по высоте полеты подразделяются на:
— полет ы на предельно малых высотах – до 200 м (включительно) над рельефом местности или водной поверхностью.
— полет ы на малых высотах – выше 200 м и до 1000 м (включительно) над рельефом местности или водной поверх ностью;
— полет ы на средних высотах – выше 1000 м и до 4000 м (включительно) от уровня моря;
— полет ы на больших высотах – выш е 4000 м и до 12000 м (включительно) от уровня моря;
— полет ы в страт осфере – выше 12000 м от уровня моря;
По вы сотным особенностям мет еорологических условий полет ов особого внимания заслуживают малые (предельно малые) и больш ие высот ы.
На малых высот ах производит ся взлет и посадка ВС. Условия полетов осложняются из- за низкой облачности и плохой видимости, турбулент ност и, вызывающей болт анку ВС, гроз, ш квалов, смерчей, сд вигов вет ра в приземном слое.
Метеорологические условия полетов на больших высот ах, как правило, более
б лагоприятные, чем на малых высотах. Сложные мет еорологические условия на этих высот ах могут об уславливаться вершинами кучево-дождевых облаков, сопровождающих ся сильным обледенением, болт анкой и грозами; наличием кристаллических облаков верхнего яруса, вызывающих электризацию ВС; положением тропопаузы; струйными течениями.
В тропопаузе т емпература воздуха с высот ой может : увеличиваться (слой инверсии),
оставаться постоянной (слой изотермии) или очень мед ленно понижаться, в среднем на
0,1°С…0,2°С на 100 м. Вследствие такого изменения температуры с высотой тропопауза являет ся задерживающ им слоем для процессов, происх одящих в тропосфере. Под т ропопаузой скапливаются: пыль, ды м, водяной пар, образуются облака и плотные дымки, кот орые ухудшают видимост ь. Как правило, т ропопауза является верхней границей кучево- д ождевых об лаков. Обх од грозовых облаков под тропопаузой представляет больш ую сложность, т ак как верш ины кучево-дождевых облаков раст екаются и расстояние между ними уменьш ает ся. Нередко под т ропопаузой об разуют ся конденсационные следы за самолетами. Они возникают вследствие конденсации водяного пара, выделяющ егося при сгорании авиационного топлива, и быстрого перехода капель воды в кристаллы льда (в процессе сгорания 1 кг т оплива участвует 11 кг атмосферного возд уха, в результ ате об разуется около 12 кг выхлопных газов, в том числе 1,4 кг водяного пара).
Высота тропопаузы в стандарт ной атмосфере составляет 11 км, а в реальных условиях
она непостоянна и зависит от :
1. Географической ш ироты:
— над полюсом 8…10 км;
— в умеренных широт ах 10…12 км;
— над экватором 16…18 км.
2. Времени года и суток.
3. Барических систем (в циклоне т ропопауза в среднем на 2…3 км ниже, чем в антициклоне).
4. Характ ера проходящего атмосферного фронта (при прохожд ении т еплого фронта т ропопауза повышается, при прохождении холодного фронта – понижается).
В результате неравномерного по высоте залегания тропопаузы воздушные потоки под тропопаузой резко меняют ся по направлению и скорост и движения. Это вызывает болтанку ВС. Особенно сильная болтанка при полете в зоне т ропопаузы и при ее пересечении наблюдается в тех районах, где ее наклон к плоскости горизонта – тангенс угла наклона (рис. 10.1) – составляет 1/300 и более. Пересекат ь тропопаузу в таких районах не рекомендуется. Кроме э того, болтанка в зоне тропопаузы может возникат ь за счет ее волновых колебаний.
Рис. 10.1. Определение наклона тропопаузы
В период предполет ной под готовки положение тропопаузы вдоль маршрута полета, место ее пересечения и наклон тропопаузы можно определит ь с помощью карт тропопаузы (рис. 11.8).
В полете тропопауза определяет ся по характеру изменения температуры и другим признакам, наиб олее характерными из которых являются:
— уменьшение или прекращение падения температ уры воздуха с высотой;
— изменение цвета неба на более конт растный, т емный;
— исчезновение конденсационных следов за самолет ом.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Атмосфера Земли. Что такое тропосфера, стратосфера и тропопауза
Автор: Маглипогода · Опубликовано 05.06.2020 · Обновлено 27.06.2021
Атмосфера Земли — это газовая оболочка, окружающая планету, одна из геосфер. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя переходит в околоземную часть космического пространства.
В а тмосфера делится на следующие основные слои: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера.
Сегодня мы поговорим о тропосфере, стратосфере и что такое тропопауза.
Чтобы разобраться, что такое тропопауза, давайте взглянем шире на атмосферу в целом. Начинается она на поверхности Земли, которая, нагреваясь солнечным теплом, обильно насыщает им атмосферу, заодно наполняя ее аэрозолями и водяным паром, которые поглощают и накапливают тепло. Поэтому приземная атмосфера полна тепловой энергии. Нагретый воздух имеет низкую плотность и всплывает вверх, влекомый архимедовой силой. Разнообразие характера земной поверхности, разность широт, непрерывно меняющееся освещение днем и отсутствие его ночью приводят к неравномерному распределению тепла в атмосфере.
Эта неравномерность в сочетании с высокой плотностью тепловой энергии делает атмосферу динамичной до неистовости. Мощные конвективные вертикальные потоки перемешивают воздушную массу, муссоны и пассаты создают длительные сезонные широтные потоки, циклоны и ураганы закручивают и перемещают огромные воздушные массы в горизонтальном и вертикальном направлении. Суточные бризы и хаотические предгрозовые шквалы и торнадо добавляют локальные бурления в грандиозную общую циркуляцию. Поэтому вечно меняющуюся нижнюю атмосферу назвали тропосферой, от древнегреческого τρόπος — «поворот, изменение», подобно поворачивающей, меняющей направление тропе. Высота тропосферы тоже изменчива и лежит в пределах 8–20 км.
Поднимаясь этой изменчивой вертикальной тропой, воздух расширяется и потому охлаждается. Температура воздуха с ростом высоты снижается, достигая на высоте 10 км морозных 56 градусов ниже нуля. Архимедова сила всплывающих потоков исчезает еще раньше из-за охлаждения и расходования полученного внизу тепла. Но за счет полученного вертикального движения воздушные потоки поднимаются всё выше, расходуя остатки кинетической энергии, в которую перешла часть энергии тепловой.
Над этой динамичной картиной раскинулось другое царство атмосферы. Оно разительно отличается от нижнего, уходит вверх в три раза дальше, до 50 км. В нем почти не бывает облаков и погодных явлений, практически не возникает вертикальных течений. Вертикальное перемещение воздуха происходит там лишь диффузионно, очень постепенно, порождаемые потоки всегда горизонтальны и не приводят к перемешиванию нижних и верхних слоев воздуха. Это царство слоев названо стратосферой, от латинского stratum — «слой». Стабильная стратосфера отличается от изменчивой тропосферы и поведением температуры: первые 15 километров стратосферы имеют постоянную температуру около минус 56,5°C.
Лишь изредка, локально, только в высокоширотных областях (за широтой 65–70°) в стратосфере все-таки возникают облака. Тропосферные потоки, обтекая хребты гор высоких широт (например, самая высокая точка острова Шпицберген, лежащего на 79°с.ш., — гора Ньютон — имеет высоту 1713 м), забрасываются вверх как по трамплину; одновременно в этой зоне стратосферы температура локально опускается до минус 80°C. Возникает сложная цепочка явлений, приводящая к появлению самых редких и, возможно, самых красивых облаков Земли — перламутровых, уникальных облаков стратосферы.
Во второй трети стратосферы, с высоты около 25 км, температура, как ни странно, начинает расти. И растет до самого верха, до 50 км, достигая нуля градусов по Цельсию. Температура атмосферы растет из-за поглощения молекулами озона ультрафиолетового излучения Солнца в диапазоне длин волн 240–280 нанометров. В верхних слоях стратосферы этот диапазон еще не ослаблен поглощением и присутствует полностью. Поэтому и поглощение там идет наиболее полно, и температура верхних слоев стратосферы самая высокая. В средние слои стратосферы проходят лишь остатки излучения этого диапазона, не поглощенные верхами, поэтому температура средних слоев ниже верха.
Такое строение стратосферы — одинаковый холод в нижней трети и постепенный прогрев верхней с ростом высоты — приводит к стабильности ее «устройства» и состояния. Внизу воздух холодный, вверху нагретый; соответственно, нет причин для вертикальной тепловой конвекции. Стратосфера устойчива, как пирамида. И своими холодными слоями она давит на тропосферу, покоясь на ней.
Между двумя столь разными царствами, разделяя их, лежит пограничная полоса — тропопауза. Она отделяет вертикальное буйство тропосферы от слоистой стратосферы. Вертикальные движения воздуха здесь затухают, а тропосферное снижение температуры резко, в три раза, уменьшается с высотой, наверху тропопаузы исчезая совсем. Охладившиеся вверху тропосферы и потерявшие архимедову силу вертикальные потоки добираются сюда по инерции, почти теряя перед этой границей и свой запас движения. Они выдыхаются на тропосфере и в тепловом, и в кинетическом смысле. И останавливаются на ней, уже не имея здесь движущего начала для внедрения в холодную слоистую стратосферу.
На этом фото видно образование «наковальни» при спокойном состоянии тропосферы. В тропосфере штиль и много облаков, затеняющих землю. Приток солнечного тепла в нижнюю тропосферу слабый. В результате крупное облако получает небольшой запас энергии и очень медленное вертикальное движение. Об этом говорят толстые округлые края «наковальни», медленно закручивающиеся вниз, и волнообразная структура верха, показывающая отсутствие быстрого радиального течения из центра «наковальни». Это признаки невысокой вертикальной скорости в облаке, медленного вертикального дрейфа тумана.
Границы тропопаузы неодинаковы и меняются в зависимости от широты, времени года и других факторов. Толщина составляет от нескольких сот метров до трех километров. Высота тропопаузы над полюсами Земли самая низкая, 8–10 км, в средних широтах поднимается до 12–13 км и достигает 16–18 км в зоне экватора. Это понятно, ведь тропопаузу вздымают вверх вертикальные потоки неистовой тропосферы, а неистовость ее зависит от уровня получаемого тепла, минимального на полюсах и максимального на экваторе. В средних широтах и ближе к полюсам сильнее сказываются холодные сезоны, уменьшая поступление солнечного тепла в эти зоны Земли. В эти периоды тропопауза опускается там на 1–2 км, а в теплые сезоны снова поднимается. При этом температура тропопаузы тоже меняется: чем выше, тем больше степень расширения воздуха и тем сильнее он охлаждается. Поэтому высокая экваториальная тропопауза всегда холоднее более теплой (но всё равно изрядно морозной) полярной, причем намного — на несколько десятков градусов.
Тропопауза над экватором — самая высокая на Земле. Плоскость тропопаузы лежит значительно выше горизонта, а значит, выше самолета, который летит на высоте 12 км. Если бы вершина наковален находилась на одной высоте с самолетом, она лежала бы точно на линии горизонта. По удалению «наковален» (порядка 30 км) от самолета можно определить, что они возвышаются над ним на несколько километров, то есть находятся на высоте 16–18 км.
Привязанная к локальным крупным атмосферным образованиям, возлежащая на плечах местных тропосферных атлантов, тропопауза опускается над низким давлением циклонов и слабыми плечами холодных воздушных масс и приподнимается повышенным давлением антициклонов и теплыми воздушными массами. Иногда на границе тропосферы возникают струйные течения, в южных широтах достигающие огромной силы и скорости, больше 100 м/сек. Такие течения могут разрушить, размыть тропопаузу, создать ее разрыв, который постепенно затягивается с прекращением струйного течения.
Но могут возникать еще более интересные ситуации. Когда большая холодная воздушная масса, с низкой тропопаузой на плечах, вторгается далеко на юг, она может подтолкнуть свою тропопаузу под более высокую и холодную тропическую тропопаузу. Тогда в зоне вторжения сосуществуют две тропопаузы одновременно, одна над другой, разделенные несколькими километрами высоты. Двойная конструкция с теплой нижней тропопаузой неустойчива, и вскоре верхняя тропопауза распадается, а нижняя поднимается с прогревом вторгшейся холодной массы.
Тропопауза прозрачна, но благодаря облакам-наковальням мы можем наблюдать ее положение. Инерция вертикального движения восходящего потока в большом облаке подкачивает облачный туман вплотную к тропопаузе. Медленно, практически с нулевой скоростью, туман расползается горизонтально вдоль тропопаузы, делая эту границу видимой и формируя на ее нижней поверхности наковальню из раздвигающегося в стороны облачного материала. Поэтому расположенные рядом наковальни всегда находятся на одной высоте — высоте местной тропопаузы.
Насколько же абсолютна хрустальная грань тропопаузы? Существуют ли облака, способные пробить эту неприступную небесную твердь? Да, вопрос только в количестве энергии. Для пробивания тропопаузы нужна очень высокая концентрация тепловой энергии в облаке, существенно превышающая плотность энергии в обычных погодных облаках. И такие облака существуют. Энергия в них накачивается не атмосферными процессами — это облака от мощных вулканических извержений, у которых плотность тепла может быть на порядки выше, чем у погодных облаков. Она возникает из-за огромной температуры (многие сотни градусов) газов и пепловых масс. При очень мощных извержениях плотность энергии пеплового облака позволит ему не только преодолеть тропопаузу, но и подняться в стратосферу, иногда очень высоко, до средней и верхней стратосферы.
Извержение вулкана острова Райкоке в северной части Курильских островов. Фото сделано астронавтами НАСА с борта МКС 22 июня 2019 года. Это пример неглубокого внедрения вулканического облака в стратосферу. По данным радиозондов, высота тропопаузы здесь около 11 км, в то время как плоская вершина облака достигает 13 км. Плотность энергии в пепловой туче оказалась достаточной для преодоления тропопаузы, но была мала для подъема высоко в стратосферу. Поэтому, преодолев тропопаузу и попав в самые нижние слои стратосферы, облако растекается там плоской вершиной. Охлаждаясь и слегка оседая, пепловая масса уносится в виде шлейфа горизонтальным течением. Фото с сайта nasa.gov
Облако от взрыва термоядерного устройства, проведенного США 1 ноября 1952 года на атолле Эниветок в Тихом океане (испытание Айви Майк). Мощность составила 10–12 мегатонн тротилового эквивалента. Облако поднялось до высоты 37 километров, поднявшись в верхнюю стратосферу. На этом снимке верхняя часть облака уже находится в стратосфере. По бурной турбулентности, выходящей на поверхность облака, видно, что плотность энергии ещё очень велика и далека от равновесного состояния со слоями стратосферы; запас энергии в облаке обеспечит дальнейший его подъем высоко в стратосферу. Фото с сайта ru.wikipedia.org.
Тропосфера — это слой, где происходит погода. Ст ратосфера — дом озона. Тропопауза — слой атмосферы, в котором происходит резкое снижение вертикального температурного градиента, переходный слой между тропосферой и стратосферой.
Следите за погодой и климатом вместе с нами!
Как узнать актуальные высоты тропопаузы для рф
Исследование многолетней изменчивости параметров тропопаузы над территорией РФ по радиозондовым данным
Л. Ф. Козлова, А. М. Стерин
Введение
Тропопауза является переходным слоем в атмосфере, своеобразной границей раздела между тропосферой и стратосферой. Процессы и явления, происходящие вблизи тропопаузы, оказывают существенное воздействие на метеорологические и геофизические процессы в атмосфере.
Известно, что состояние тропопаузы является отражением изменений в глобальной климатической системе. В связи с последними данными об изменении климата актуальность вопроса исследования тропопаузы не вызывает сомнения.
Широкий спектр научных работ связан с изучением свойств и особенностей тропопаузы, в том числе с обнаружением факторов, провоцирующих изменения ее параметров [1, 2, 3]. Тем не менее поведение тропопаузы над территорией РФ, ее структура, изменчивость, особенности распределения требуют более детального изучения.
Среди проводимых в последнее время исследований этого слоя российскими учеными следует особо выделить работу А. Р. Ивановой [4], в которой приводится подробное описание определений тропопаузы согласно различным критериям. Существенным вкладом в изучение динамики внетропической тропопаузы Северного полушария является диссертация А. Р. Ивановой [5].
В работах [6, 7] расчет высоты тропопаузы ведется в том числе и с целью построения прогностических карт в рамках развития методов и технологий авиационного прогноза. Для прогнозов высоты тропопаузы Н. П. Шакиной и В. В. Борисовой используется собственная оригинальная методика расчета на основе данных о геопотенциале, температуре и ветре. В исследовании [8], посвященном расчету факторов динамического вынуждения осадков, высота тропопаузы представляет собой один из таких факторов и вычисляется в качестве значимого индикатора поперечных циркуляций.
Известно, что тропопауза является мощным задерживающим слоем, препятствующим вертикальному переносу аэрозолей и водяного пара. Процесс переноса сквозь тропопаузу имеет большое практическое значение, поэтому роль тропопаузы в процессе вертикального переноса подвергалась тщательному изучению с момента ее открытия. В этой связи можно отметить работу [9], посвященную изучению процессов массообмена через тропопаузу во внетропических широтах на основе анализа баллонных данных озона и водяного пара, а также цикл исследований [10, 11, 12] об оценках потоков озона через тропопаузу.
Кроме того, особого внимания заслуживает анализ долговременных изменений вертикального распределения озона и температуры, проведенный по озонозондовым данным. В работе [13] получены выводы о связи наблюдаемых долговременных изменений парциального давления озона с изменениями высоты тропопаузы. Уменьшение содержания озона в нижней стратосфере сопровождалось подъемом тропопаузы. По данным проведенного исследования был зафиксирован подъем тропопаузы в несколько сотен метров на большинстве среднеи высокоширотных озонозондовых станций Европы и Северной Америки [13].
Говоря о последних исследованиях слоя тропопаузы за рубежом, следует упомянуть работу американских ученых Д. Сейдел и У. Рэндэла [14] об изменчивости и трендах глобальной тропопаузы на основе радиозондовых данных. В их работе показано, что внетропическая тропопауза более чувствительна к изменениям температуры, чем тропическая. Как для тропической, так и для внетропической тропопаузы месячные аномалии высоты тропопаузы более восприимчивы к изменениям температуры стратосферы, нежели к температурным изменениям тропосферы. Практически для всех проанализированных учеными станций тренды высоты тропопаузы являются положительными (для внетропических преимущественно), приводя к оценке величины глобального тренда 64 ± 21 м/10 лет.
Б. Д. Сантер в своих работах [1, 15] определяет значительную роль антропогенных воздействий на высоту тропопаузы, учитывая между тем и естественные факторы, вызывающие изменения ее высоты. Кроме того, группой исследователей во главе с Б. Д. Сантером получены выводы о том, что за последние 20 лет средняя глобальная высота тропопаузы увеличилась приблизительно на 200 метров [2]. Ученые предполагают, что по изменениям высоты тропопаузы можно судить о состоянии климата. Однако более поздние исследования С.-В. Сун, Л. М. Полвани и др. ставят под сомнение данное суждение [16]. С помощью модели общей циркуляции атмосферы ученые утверждают, что в будущем высота тропопаузы будет также возрастать, тем не менее регенерация озона стратосферы должна повлиять на этот процесс в обратном направлении [16].
Немаловажны исследования испанских ученых, ведущих активное изучение различных характеристик слоя тропопаузы. А. Хуан, Л. Гимено и др. останавливают свое внимание на изменениях высоты тропопаузы в регионе Евразии [17], поскольку по результатам их исследований именно во внетропических широтах происходит наибольшее увеличение высоты тропопаузы. Помимо этого, ученые проводят исследования феномена множественной тропопаузы и глобальной структуры таких случаев [18, 19]. Согласно [18], число двойных и тройных тропопауз максимально вблизи субтропических струйных течений для обоих полушарий и рядом с областью полярного струйного течения для Южного полушария. Осуществлялись работы по изучению влияния квазидвухлетнего колебания на давление и высоту тропопаузы [20], а также другие исследования, посвященные тропопаузе [21].
В работе немецкого ученого К. Хоинка представлены статистики по значениям давления для глобальной тропопаузы за период с 1979 по 1993 г. [22]. Было установлено, что над Арктикой в регионе 90° з. д. наблюдались максимум среднего годового значения давления тропопаузы, а также ряд других важных аспектов, однако трендов высоты и температуры обнаружено не было.
В исследованиях П. Кишо [23] и У. Рэндела [24] особое внимание уделяется климатологическим характеристикам и изменчивости тропической тропопаузы, представляющей интерес для наилучшего понимания механизмов тропосферно-стратосферного взаимодействия.
Направления работ некоторых отечественных ученых также связаны с исследованиями в области тропической тропопаузы.
Так С. М. Шметером, А. А. Постновым и др. получены новые экспериментальные данных о мезомасштабных и турбулентных пульсациях температуры и ветра в зоне тропической тропопаузы [25], а также мезомасштабной изменчивости влажности воздуха вблизи экваториально-тропической тропопаузы [26]. В работе Г. Н. Шур и Н. М. Ситникова [27] приводятся некоторые результаты исследований термодинамики слоя тропопаузы также тропического типа.
Несомненным ценнейшим вкладом в понимание природы тропопаузы и в исследование структуры полей ее характеристик является цикл классических трудов З. М. Маховера. Ученый впервые систематизировал основные сведения о тропопаузе, обобщив в своей монографии [28] результаты работ советских и зарубежных исследователей, проводимых до 1983 года. Несмотря на фундаментальность представленных данных о тропопаузе, работы З. М. Маховера продолжали оставаться малоизвестными до недавнего времени, когда впервые на английском языке была опубликована статья [29] об этом выдающемся ученом своего времени. Однако у современных исследователей имеется возможность изучения характеристик тропопаузы и долгопериодных тенденций их изменений на основе значительно более полных источников данных и за более длительный период.
Более того, в настоящее время появились несколько различных источников получения информации о тропопаузе, иных, чем радиозондовые данные, – массивы реанализа (ERA40, NCEP), спутниковые данные (GPS/MET, CHAMP, SAC-C), результаты численного моделирования. Многочисленные исследования слоя тропопаузы проводятся с использованием этих источников информации [15, 23, 24] и включают результаты сопоставления характеристик, полученных из различных источников и анализ причин различий. Тем не менее одним из основных источников эмпирических данных о тропопаузе и изменениях ее характеристик продолжают оставаться радиозондовые данные.
Имеющиеся в настоящее время массивы радиозондовых данных (CARDS, IGRA, АЭРОСТАБ) по глобальной сети наблюдений позволяют не только изучить и уточнить структуру климатических характеристик тропопаузы, но и дают возможность определить тенденции ее долгопериодных изменений, в том числе с учетом изменений, произошедших в последние годы.
За последние двадцать лет климатические характеристики тропопаузы изменились и продолжают изменяться, о чем свидетельствуют различные научные исследования. Стоит сказать, что усовершенствовались и методы получения и обработки климатологических данных, существенно расширились возможности анализа данных. Поэтому состояние параметров тропопаузы требует более подробного рассмотрения и постоянного мониторинга с использованием современных технологий, в особенности над территорией России, где качественный анализ климатологии тропопаузы практически не ведется или ведется в малом масштабе. Занимаясь исследованиями этого атмосферного переходного слоя, необходимо учитывать многие климатологические вопросы, в том числе распределение тропопаузы над земным шаром, ее закономерности и особенности строения в различных географических зонах Земли. Следует отметить, что, анализируя характеристики тропопаузы над территорией РФ, нужно принимать во внимание большую протяженность ее территории, а также наличие обоих географических типов тропопаузы (полярной и тропической).
Данная работа посвящена анализу некоторых климатических показателей тропопаузы, отражающих ее многолетний режим над территорией РФ, на основе массива двоичного формата АЭРОСТАБ [30], пополнение которого осуществлялось в ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД». В настоящее время данные аэрологических наблюдений, поступающие в оперативном режиме по каналам связи, хранятся в символьном формате АЭРОСТАС [31].
1.Используемые данные и их обработка
Используемый в работе массив АЭРОСТАБ содержит текущие данные радиозондовых наблюдений, собираемых в ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД» по глобальной сети станций. В массиве данные представлены на уровне земли, на стандартных изобарических поверхностях, на особых уровнях по температуре и влажности, на особых уровнях по ветру, на уровне тропопаузы. Содержанием архива являются проконтролированные значения давления, высоты геопотенциала, температуры, дефицита точки росы, направления и скорости ветра, облачности. Каждый файл данных содержит поступившие данные за месяц по N станциям и представляет собой последовательность записей переменной длины, которые упорядочены по индексам станций, для каждой станции по дням месяца, для каждого дня месяца по срокам, для каждого срока, который является записью, по уровням.
Постанционные ряды наблюдений массива АЭРОСТАБ формировались путем инвертирования исходных данных в файлы и обрабатывались стандартными статистическими методами.
В процессе обработки также осуществлялась проверка соответствия данных на уровне тропопаузы критерию ВМО, согласно которому тропопауза и ее характер определяются по значениям и изменению вертикального градиента температуры [28]. Путем совместной обработки с данными на вышележащих уровнях, расчетов температурных градиентов были выполнены соответствующие проверки. Кроме того, выявлялось наличие (отсутствие) множественной тропопаузы.
Исследование проводилось для 92 относительно полных и длиннорядных аэрологических станций различных частей территории РФ за период 1978 – 2007 гг.
Известно, что при массовой аэроклиматической обработке данных удобно использовать прием разделения тропопаузы на полярную и тропическую по высоте ее нижней границы [28]. Границей, разделяющей полярную и тропическую тропопаузы, была принята высота 14 км. Все случаи с высотой нижней границы тропопаузы до 14 км относились к полярной тропопаузе, 14 км и выше – к тропической. В данной работе идентификация географического типа тропопаузы проводилась согласно этому критерию, применение которого значительно упрощает получение характеристик тропопаузы, допуская при этом небольшие абсолютные ошибки.
2.Анализ климатических характеристик тропопаузы
В ходе проделанной работы были выполнены расчеты традиционных и порядковых статистик метеовеличин на уровне нижней границы тропопаузы (НГТ). В частности, для температуры, давления и высоты НГТ были вычислены следующие статистические величины: средние, среднеквадратические отклонения (σ); максимум (макс), минимум (мин), их разность (размах); число корректных наблюдений (N); асимметрия (A) и эксцесс (E); медиана (med); первая и третья квартили (q1 и q3), их разность (межквартильный размах (qrange)); 5-, 10-, 90и 95-процентные квантили (p5, p10, p90 и p95) (табл. 1).
Таблица 1. Статистические характеристики рядов наблюдений высоты НГТ за 1978 – 2007 гг. по данным массива АЭРОСТАБ