Хвильові збурення атмосфери у просторово неоднорідній течії
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2022.06.025Ключові слова:
акустико-гравітаційна хвиля, полярна термосфера, просторово неоднорідна течія.Анотація
Аналіз вимірювань на супутнику Dynamics Explorer 2 вказує на тісний зв'язок атмосферних хвильових збурень у полярній термосфері з вітровою циркуляцією. Згідно з супутниковими спостереженнями, в областях формування потужних вітрових систем систематично спостерігаються акустико-гравітаційні хвилі великих амплітуд. При цьому азимути поширення АГХ просторово узгоджуються з напрямками вітрової циркуляції. Хвилі поширюються переважно назустріч вітру, а їхня амплітуда приблизно пропорційна швидкості вітру. З метою пояснення експериментальних даних, у роботі теоретично досліджено зміни амплітуд АГХ у горизонтально неоднорідній вітровій течії. Отримано дисперсійне рівняння АГХ в системі відліку середовища, яке рухається з неоднорідною швидкістю. При його отриманні враховано сили інерції, а також зміну фонової густини атмосфери в неоднорідній течії. Показано, що за умови повільної зміни швидкості вітру дійсна частина цього рівняння співпадає з дисперсійним рівнянням АГХ для нерухомого середовища. Отримано вираз для зміни амплітуди хвиль в рухомому середовищі, згідно з яким у зустрічному неоднорідному вітрі амплітуда хвиль зростає приблизно за лінійним законом, що узгоджується з даними супутникових спостережень.
Посилання
Fedorenko A.K., Kryuchkov E.I. (2011). Distribution of Medium Scale Acoustic Gravity Waves in polar Regions according to Satellite Measurement Data. Geomagn. Aeron., 51, issue 1, p. 527-539.
https://doi.org/10.1134/S0016793211040128
Fedorenko A.K., Kryuchkov E.I. (2013). Wind Control of the Propagation of Acoustic Gravity Waves in the Polar Atmosphere. Geomagn. Aeron., 53, Issue 3. С.394-405.
https://doi.org/10.1134/S0016793213030055
Bretherton F.P., Garrett C.J.R. (1969). Wavetrains in inhomogeneous moving media. Proc. Roy. Soc. 1969. A.302, P.529-554.
https://doi.org/10.1098/rspa.1968.0034
Cowling D.H., Webb H.D., Yeh K.C. (1971). Group rays of internal gravity waves in a wind-stratified atmosphere. J. Geophys. Res. 76. P.213-220.
https://doi.org/10.1029/JA076i001p00213
Fedorenko A.K, Bespalova A.V, Cheremnykh O.K, and Kryuchkov E.I. (2015). A dominant acoustic-gravity mode in the polar thermosphere. Ann. Geophys. 33. Р.101-108.
https://doi.org/10.5194/angeo-33-101-2015
Fedorenko A.K., Kryuchkov E.I., Cheremnykh O.K., Klymenko Yu.O., Yampolski Yu.M. (2018). Peculiarities of acoustic-gravity waves in inhomogeneous flows of the polar thermosphere. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 178. Р. 17-23.
https://doi.org/10.1088/1475-7516/2018/10/009
Hines C.O. Internal gravity waves at ionospheric heights. Can. J. Phys. 1960. 38. P. 1441-1481.
https://doi.org/10.1139/p60-150
Innis J.L., Conde M. (2002). Characterization of acoustic-gravity waves in the upper thermosphere using Dynamics Explorer 2 Wind and Temperature Spectrometer (WATS) and Neutral Atmosphere Composition Spectrometer (NACS) data. J. Geophys. Res. 107, NO A12.
https://doi.org/10.1029/2002JA009370
Killeen T.L., Won Y.I., Nicieyewski R.J., Burns A.G. (1995). Upper thermosphere winds and temperatures in the geomagnetic polar cap: Solar cycle, geomagnetic activity, and interplanetary magnetic fields dependencies. J. Geophys. Res. 100. P. 21327 -21342.
https://doi.org/10.1029/95JA01208
Lighthill J. Waves in Fluids, Cambridge University Press, 1978. 504 р.
Lühr H., Rentz S., Ritter P., Liu H., Häusler K. (2007). Average thermospheric wind pattern over the polar regions, as observed by CHAMP. Ann. Geophys. 25. P. 1093 -1101.www. ann-geophys.net/25/1093/2007
https://doi.org/10.5194/angeo-25-1093-2007
Tolstoy I. The theory of waves in stratified fluids including the effects on gravity and rotation. (1963). Rev. of Modern Phys. 35, N 1. P. 207- 230.
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.35.207
Vadas S. L., Fritts M. J. (2005). Thermospheric responses to gravity waves: Influences of increasing viscosity and thermal diffusivity. J. Geophys. Res. 110, D15103,
https://doi.org/10.1029/2004JD005574
Williams P. J. S., Lewis R. V., Virdi T. S., Lester M., Nielsen E. (1992). Plasma flow bursts in the auroral electrojets. Ann. Geophysicae. 10. Р. 835-848.
