Широтные границы глобального поля МСО по данным спутникового мониторинга

Аннотация

Изучено сезонное изменение южных границ поля серебристых облаков северного полушария на основе спутниковых данных 2012 года. Показано существенное различие полученных результатов с данными наземных наблюдений. Причиной расхождения может быть как ограничения возможностей спутниковых наблюдений, так и влияние метеорологических процессов в области умеренных широт на формирование полей MCO.

Изучение серебристых облаков приобрело особую актуальность в связи с проблемой климатических изменений. Предполагается возможной связь внезапного появления феномена серебристых облаков с резкой перестройкой структуры и свойств атмосферы Земли. Суждение о правоте этой гипотезы возможно на основе выявления значимых связей между свойствами серебристых облаков и некоторыми атмосферными явлениями.

Ранее [1-6] нами показано, что существует устойчивая связь между появлением серебристых облаков над Урало-Сибирским регионом и движением циклональных образований в тропосфере над той же областью. Более того разработан и успешно применяется метод прогнозирования появления MCO на основе данных о развитии метеорологических процессов.

Актуален вопрос о природе связи процессов в тропосфере и мезосфере, которая может проявляться в структурных особенностях глобального поля MCO. В настоящем исследовании представлены результаты статистической обработки данных о предельных широтах встречаемости серебристых облаков по данным космического мониторинга и наземных наблюдений.

Основой работы явились данные наблюдений MCO из космоса, полученные в ходе реализации миссии AIM. Речь идёт о картинах глобального распределения полей MCO северного полушария. Отмечая их научную значимость, нельзя не задаться вопросом о полноте этой информации. Критерием таковой могут быть результаты сопоставления результатов космических и наземных наблюдений выполненных в одни и те же даты.

Таким образом, на первом этапе были подробно изучены изображения полей MCO полученные сезона 2012 года. При этом предельных широт распространения MCO к югу можно ожидать для конца июня - июля. Полные данные о продвижения поля серебристых облаков к югу в сезон 2012 сведены в таблице 1. В первой колонке указывается дата наблюдений, а во второй предельная широта достигнутая полем МС0.

Таблица 1. Предельные широты поля MCO в 2012 году.

В таблице 2 представлена статистика предельных широт MCO. В целом в 2012 году MCO наиболее часто достигали широт 59-60° (32,34%). Учтём, что широты появления MCO связаны как с действием физических факторов, так и с фотометрическими обстоятельствами (широтой границы полярного дня). Они могут быть уверенно разделены только на коротком временном интервале (с 7 июня по 7 июля) близ летнего солнцестояния. В этот период положение границы полярного дня практически не меняется. Выполнив выборку положения предельно южных широт MCO и для этого интервала, мы нашли для него иные частотные характеристики (правый столбец в таблице 2). Хотя положение частотного максимума не изменилось.

Таблица 2. Частоты обнаружения MCO на предельных широтах.

На рисунке 1 та же информация представлена графически (по данным таблицы 2), здесь наглядно видно, на каких предельных широтах серебристые облака встречаются наиболее часто.

На основе этих результатов можно предполагать, что эффективное действие рекуррентного механизма образования серебристых облаков либо имеет предел в области широт 59°, либо такой широтный предел регистрации MCO имеет аппаратура спутника. В самом деле, удаление указанного шпротного пояса от Северного Полярного Круга составляет около 7°. При этом условие освещения подстилающей поверхности при пролёте спутника соответствует концу гражданских сумерек. Это вполне может сказаться на эффективности работы системы регистрации MCO.

В этой связи актуальным становится сравнение южных границ поля MCO, полученных по спутниковым данным с результатами наземных наблюдений. Наиболее полно последние представлены на сайте NOCTILUCENT CLOUD, где аккумулированы данные о наблюдаемости MCO, полученные по всему миру. Ниже представлен фрагмент каталога наземных наблюдений в его исходном виде. В него включены место наблюдения, дата, время, структурные формы серебристых облаков, максимальные элементы, комментарии. В частности, таблице 3 приведена часть результатов наземных наблюдений за июнь.

Таблица 3. Наземные наблюдения за июнь месяц 2012 года

Обработка представленных в таблице данные позволяет оценить положение южных границ поля MCO. Интуитивно нетрудно выбирать пункты с наименьшими широтами. В случае сомнений, а также для точного определения широт и долгот пунктов использовалась программа «Координаты мира». Пример её применения показан на рисунке 2.

На первом этапе для каждой даты выделялись предельно южные пункты, в которых отмечено появление серебристых облаков. Затем по угловой высоте верхней кромки облачного поля оценивалась её удалённость от пункта наблюдения с известной широтой. Имея двойной набор предельных широт наблюдаемости серебристых облаков, можно перейти к сопоставлению таких данных, полученных из космических и наземных наблюдений. Фрагмент результатов такой обработки приведен в таблице 4 для июня 2012 года. В этой таблице выделены расхождения между данными космических и наземных наблюдений (подчёркнуто; большая часть строк) и совпадения результатов двух типов наблюдений (остальные строки). В последней колонке таблице показана разность долгот экстремально южных точек поля MCO. При этом учтён знак разности долгот (долгота по космическим наблюдениям минус долгота по наземным наблюдениям).

Таблица 4. Сопоставление наземных и космических определений предельных широт поля MCO июнь 2012 года

В ходе сопоставления выявлены как случаи примерного совпадения предельных широт, так и значительного их расхождения. Так, например, для июня 2012 года число расхождений составляет 107, а совпадений широт 52. При этом, практически не отмечены ситуации, когда поля серебристых облаков из космоса обнаруживались бы южнее по сравнению с наземными наблюдениями. Так в июне из 159 наземных оценок широты серебристых облаков процент совпавших с космическими данными составляет 32,7%, а число явных расхождений в пользу более южных широт полей MCO из наземных наблюдений составило 67,26%.

Однако, важнее распределение широт глобального поля MCO по датам. Оказалось, что в июне в 25 случаях серебристые облака обнаруживались примерно на одних широтах по данным обоих типов наблюдений. А в 5 случаях выраженное преимущество южных широт распространения MCO характерно именно для наземных наблюдений. В июле в 17 случаях (датах) серебристые облака обнаруживались на приблизительно одних широтах, а в 14 случаях явное преимущество южных широт распространения MCO характерно для данных наземных наблюдений. При этом отсутствие данных наземных наблюдений трактовалось в пользу совпадения широт.

Исследовано также различие в долготах расположения предельно южных участков поля MCO, данные о которых представлены в последней колонке таблицы 4. Содержание таблицы указывает, что южные границы поля серебристых облаков по наземным наблюдениям сдвинуты к западу по отношению к космическим данным. Соотношение между положительными и отрицательными значениями разности долгот составило: положительные -81,13%, отрицательные - 18,86% в июне. И, соответственно 87,5% положительных и 12,5% отрицательных разностей в июле. Такая ситуация концептуально соответствует известным данным об отклонении меридиональных воздушных потоков в мезосфере к западу. Однако, обнаруженное отличие в перспективе должно быть детально изучено, в том числе, с точки зрения обнаруженных в работе Д. Кудабаевой [2] аномалий в долготном распределении поля MCO.

Результаты анализа соответствий между предельно южными широтами распространённости полей MCO по данным наземных и космических наблюдений неплохо укладываются в развиваемую в ЦАИ СКГУ концепцию о генезисе серебристых облаков. Так, в начале и в конце сезона их видимости (в месяцах мае и августе соответственно) серебристые облака формируются под действием рекуррентного механизма переноса воздушных масс в полярных регионах. При этом их формирование и существование, а значит и регистрация чаще всего и огранивается этим регионом. В особенности это касается месяца августа - весьма отдалённого от эпохи летнего солнцестояния. В эти временные интервалы серебристые облака чаще регистрируются спутниковыми средствами наблюдений. Учтём, что число наблюдателей, расположенных в полярных широтах исчезающее мало.

Напротив, в июне и июле, когда интенсивным становится фронтогенез и грозовая активность, поля серебристых облаков могут возникать в гораздо более южных широтах, чем в случае действия одного только рекуррентного механизма. При этом и число потенциальных наблюдателей многократно возрастает. Эффективность их работы обеспечивает приоритет в регистрации предельно южных широт MCO по сравнению с космической техникой.

Кроме того очевидно, что сам способ регистрации MCO со спутника AIM не позволяет фиксировать MCO находящиеся в области земной полутени, то есть те облака освещенность которых сравнительно мала.

Выводы и перспективы:

Очевидно, что предложенная методика должна быть распространена на результаты космических и наземных наблюдений MCO, полученные за период с 2007 года и далее. При этом необходимо предельно точно определиться с возможностями регистрации полей серебристых облаков спутником AIM. На основе статистики перспективно исследовать распределение частот встречаемости предельно южных широт в регистрации MCO по отношению к датам максимума площади их полей, а также детально изучить особенности распределения долгот южных границ облачных полей, в том числе и в контексте общих свойств долготного распределения площадей поля серебристых облаков северного полушария.

Литература:

1. Солодовник А.А.. Кудабаева Д.А., Сартин С.А., Бельченко В.Н. Метеорологические процессы в тропосфере Земли и происхождение серебристых облаков // Вестник Актюбинского государственного педагогического института. - 2010. - № 1. - С. 109- 114.
2. Солодовник А.А., Кудабаева Д.А., Крючков В.Н., Леонченко А.С. Серебристые облака: проблема образования и вопрос о дефинициях // Известия национальной Академии наук Республики Казахстан. Серия физ. мат. - 2011. - № 4. - С. 105-110.
3. Солодовник А.А., Журавлев П.Л., Баукенов Б.М. Изучение влияния тропосферных процессов на образование полей серебристых облаков по итогам наблюдений 2013 года // Сборник научных трудов «Актуальные вопросы современной науки» - 2014. - № 36. - 89-101.
4. Солодовник А.А., Журавлев П.Л. Методика и первые результаты картографического анализа связи генезиса серебристых облаков с метеорологией тропосферы / Материалы XII Международной научно-практической конференции «Новое слово в науке и практике: гипотезы и апробация результатов исследований». РФ. г. Новосибирск. - 2014. -С. 17-23.
5. Солодовник А.А., Журавлев П.Л. Обнаружение ледяных аэрозолей в мезосфере на основе анализа вертикальных профилей относительной концентрации водяного пара / Материалы XII Международной научно-практической конференции «Новое слово в науке и практике: гипотезы и апробация результатов исследований», РФ. г. Новосибирск. - 2014. -С. 23-27.
6. Солодовник А.А., Журавлев П.Л. Оценка содержания аэрозольной компоненты в серебристых облаках по спутниковым профилям концентрации водяных паров/ Материалы XII Международной научно-практической конференции «Новое слово в науке и практике: гипотезы и апробация результатов исследований», РФ. г. Новосибирск. - 2014. -С. 27-31.