Том 28, номер 11, статья № 5

Аннотация:

Рассмотрены свойства мерцаний звезд в спутниковом затменном эксперименте при синхронном зондировании атмосферы на разных длинах волн. Рассчитаны автоспектры и спектры когерентности мерцаний для модели трехмерного (3D) спектра атмосферных неоднородностей с изменяющейся по масштабам анизотропией. В расчетах использована зависимость коэффициента анизотропии от масштаба неоднородностей, полученная из измерений хроматических мерцаний звезд быстрыми фотометрами GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars) при тангенциальных оккультациях. Расчеты проведены в приближениях эквивалентного фазового экрана и слабых мерцаний. Режим слабых мерцаний для низкоорбитальных спутников соответствует высотам перигея луча выше 25–30 км. Проведено сравнение спектров мерцаний для моделей 3D-спектра атмосферных неоднородностей с переменной и постоянной анизотропией, отмечены их общие характеристики и особенности.

Ключевые слова:

спутниковое зондирование атмосферы, переменная анизотропия неоднородностей плотности, мерцания звезд, спектры слабых мерцаний

Список литературы:

1. Hubbard W.B., Lellouch E., Sicardy B., Brahic A., Vilas F., Bouchet P., McLaren R.A., Perrier C. Structure of scintillations in Neptune’s occultation shadow // Astrophys. J. 1988. V. 325, N 1. P. 490–502.
2. Raynaud E., Matheva K., Drossart P., Roques F., Sicardy B. A reanalysis of the 1971 Beta Scorpii occultation by Jupiter: Study of the temperature fluctuations and detection of wave activity // Icarus. 2004. V. 168, N 2. P. 324–335.
3. Александров А.П., Гречко Г.М., Гурвич А.С., Кан В., Манаров М.Х., Пахомов А.И., Романенко Ю.В., Савченко С.А., Серова С.И., Титов В.Г. Спектры вариаций температуры в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1990. Т. 26, № 1. С. 5–16.
4. Гурвич А.С., Кан В., Савченко С.А., Пахомов А.И., Боровихин П.А., Волков О.Н., Калерии А.Ю., Авдеев С.В., Корзун В.Г., Падалка Г.И., Подвязный Я.П. Исследование турбулентности и внутренних волн в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса: 1. Наблюдения и дисперсия мерцаний // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2001. Т. 37, № 4. С. 469–486.
5. Гурвич А.С., Кан В., Савченко С.А., Пахомов А.И., Падалка Г.И. Исследование турбулентности и внутренних волн в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса: 2. Распределения вероятностей и спектры мерцаний // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2001. Т. 37, № 4. С. 487–501.
6. Гурвич А.С., Кан В. Структура неоднородностей плотности в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса. 1. Модель 3D-спектра и реконструкция ее параметров // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2003. Т. 39, № 3. С. 335–346.
7. Гурвич А.С., Кан В. Структура неоднородностей плотности в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса. 2. Характерные масштабы, структурные характеристики и диссипация кинетической энергии // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2003. Т. 39, № 3. С. 347–358.
8. Sofieva V.F., Gurvich A.S., Dalaudier F., Kan V. Reconstruction of internal gravity waves and turbulence parameters in the stratosphere using GOMOS scintillation measurements // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. D12113. DOI: 10.1029/2006JD007483.
9. Sofieva V.F., Kan V., Dalaudier F., Kyrola E., Tamminen J., Bertaux J.-L., Hauchecorne A., Fussen D., Vanhellemont F. Influence of scintillation on quality of ozone monitoring by GOMOS // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 9197–9207. DOI: 10.5194/acp-9-9197-2009.
10. Bertaux J.L., Kyrola E., Fussen D., Hauchecorne A., Dalaudier F., Sofieva V., Tamminen J., Vanhellemont F., Fanton d’Andon O., Barrot G., Mangin A., Blanot L., Lebrun J.C., Perot K., Fehr T., Saavedra L., Leppelmeier G.W., Fraisse R. Global ozone monitoring by occultation of stars: An overview of GOMOS measurements on ENVISAT // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 12091–12148. DOI: 10.5194/acp-10-12091-2010.
11. Hubbard W.B., Jokipii J.R., Wilking B.A. Stellar occultation by turbulent planetary atmospheres: A wave-optical theory including a finite scale height // Icarus. 1978. V. 34, N 2. P. 374–395.
12. Гурвич А.С. Флуктуации при наблюдении внеземных источников из космоса сквозь атмосферу Земли // Изв. вузов. Радиофиз. 1984. Т. 27, № 8. С. 951–959.
13. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
14. Гречко Г.М., Гурвич А.С., Кан В., Пахомов А.И., Подвязный Я.П., Савченко С.А. Наблюдения турбулентности в атмосфере на высотах 20–70 км // Докл. РАН. 1997. Т. 357, № 5. С. 683–686.
15. Gurvich A.S., Brekhovskikh V.L. Study of the turbulence and inner waves in the stratosphere based on the observations of stellar scintillations from space: A model of scintillation spectra // Waves Random Media. 2001. V. 11, N 3. P. 163–181.
16. Sofieva V.F., Kyrola E., Hassinen S., Backman L., Tamminen J., Seppala A., Tholix L., Gurvich A.S., Kan V., Dalaudier F., Hauchecorne A., Bertaux J.-L., Fussen D., Vanhellemont F., Fanton d’ Andon O., Barrot G., Mangin A., Guirlet M., Fehr T., Snoeij P., Saavedra L., Koopman R., Fraisse R. Global analysis of scintillation variance: Indication of gravity wave breaking in polar winter upper stratosphere // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. L03812. DOI: 10.1029/2006GL028132.
17. Sofieva V.F., Dalaudier F., Vernin J. Using stellar scintillation for studies of turbulence in the Earth’s atmosphere // Phil. Trans. Roy. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 2013. V. 371. 20120174. DOI: 10.1098/rsta.2012. 0174.
18. Grechko G.M., Gurvich A.S., Kan V., Sokolovskyi S.V., Savchenko S.A. Scintillations and random refraction during occultations by terrestrial atmosphere // J. Opt. Soc. Amer. A. 1985. V. 2, N 12. P. 2120–2123.
19. Kireev S.V., Sokolovskiy S.V. Variations of refraction angles from observations of the Moon from space // Appl. Opt. 1994. V. 33, N 36. P. 8402–8405.
20. Гурвич А.С., Загоруйко С.В., Кан В., Попов Л.И., Рюмин В.В., Савченко С.А., Чочиа П.А. Структура неоднородностей температуры по наблюдениям атмосферной рефракции с орбитальной станции «Салют-6» // Докл. АН СССР. 1981. Т. 259, № 6. С. 1330–1333.
21. Gurvich A.S., Kon A.I. Aspect sensitivity of radar returns from anisotropic turbulent irregularities // J. Electromagnet. Wave. 1993. V. 7, N 10. P. 1343–1353.
22. Adams G.W., Brosnahan J.W., Jonson R.E. Aspect sensitivity of 2.66-MHz radar return from the mesosphere // Radio Sci. 1989. V. 24, N 2. P. 127–132.
23. Ern M., Preusse P., Alexander M.J., Warner C.D. Absolute values of gravity wave momentum flux derived from satellite data // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D20103. DOI: 10.1029/2004JD004752.
24. Ern M., Preusse P. Gravity wave momentum flux spectra observed from satellite in the summertime subtropics: Implications for global modeling // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. L15810. DOI: 10.1029/2012GL052659.
25. Alexander M.J., Gille J., Cavanaugh C., Coffey M., Craig C., Eden T., Francis G., Halvorson C., Hannigan J., Khosravi R., Kinnison D., Lee H., Massie S., Nardi B., Barnett J., Hepplewhite C., Lambert A., Dean V. Global estimates of gravity wave momentum flux from high resolution dynamics limb sounder (HIRDLS) observations // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. D15S18. DOI: 10.1029/2007JD008807.
26. Wang L., Geller M.A., Alexander M.J. Spatial and temporal variations of gravity wave parameters. Part I: Intrinsic frequency, wavelength, and vertical propagation direction // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62, N 1. P. 125–142.
27. Wang L., Alexander M.J. Global estimates of gravity wave parameters from GPS radio occultation temperature data // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. D21122. DOI: 10.1029/2010JD013860.
28. Rottger J., Czechowsky P., Schmidt G. First low-power VHF radar observations of tropospheric, stratospheric and mesospheric winds and turbulence at the Arecibo Observatory // J. Atmos. Terr. Phys. 1981. V. 43, N 8. P. 789–900.
29. Dalaudier F., Crochet M., Sidi C. Direct comparison between in sity measurements of temperature spectra: A puzzling result // Radio Sci. 1989. V. 24, N 5. P. 311–324.
30. Sofieva V.F., Dalaudier F., Kan V., Gurvich A.S. Technical note: Scintillation of the double star a-Cru observed by GOMOS/Envisat // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 8967–8973. DOI: 10.5194/acp-9-8967-2009.
31. Kan V., Sofieva V.F., Dalaudier F. Anisotropy of small-scale stratospheric irregularities retrieved from scintillations of a double star a-Cru observed by GOMOS/ENVISAT // Atmos. Meas. Technol. 2012. V. 5. P. 2713–2722. DOI: 10.5194/amt-5-2713-2012.
32. Kan V., Sofieva V.F., Dalaudier F. Variable anisotropy of small-scale stratospheric irregularities retrieved from stellar scintillation measurements by GOMOS/Envisat // Atmos. Meas. Technol. 2014. V. 7. P. 1861–1872. DOI: 10.5194/amt-7-1861-2014.
33. Gurvich A.S., Chunchuzov I.P. Estimates of characteristic scales in the spectrum of internal waves in the stratosphere obtained from space observations of stellar scintillations // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D03114. DOI: 10.1029/2004JD005199.
34. Gurvich A.S. A heuristic model of three-dimensional spectra of temperature inhomogeneities in the stably stratified atmosphere // Ann. Geophys. 1997. V. 15, N 7. P. 856–869.
35. Gurvich A.S., Chunchuzov I.P. Three-dimensional spectrum of temperature fluctuations in stably stratified atmosphere // Ann. Geophys. 2008. V. 26, N 7. P. 2037–2042.
36. Гурвич А.С., Чунчузов И.П. Модель трехмерного спектра анизотропных неоднородностей температуры в устойчиво стратифицированной атмосфере // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2008. Т. 44, № 5. С. 611–628.
37. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. М.: Наука, 1967. 720 с.
38. Smith S.A., Fritts D.C., VanZandt T.E. Evidence of saturation spectrum of atmospheric gravity waves // J. Atmos. Sci. 1987. V. 44, N 10. P. 1404–1410.
39. Fritts D.C., Alexander M.J. Gravity wave dynamics and effects in the middle atmosphere // Rev. Geophys. 2003. V. 41, N 1. DOI: 10.1029/2001RG000106.
40. Sofieva V.F., Vira J., Kyrola E., Tamminen J., Kan V., Dalaudier F., Hauchecorne A., Bertaux J.-L., Fussen D., Vanhellemont F., Barrot G., Fanton d'Andon O. Retrievals from GOMOS stellar occultation measurements using characterization of modeling errors // Atmos. Meas. Technol. 2010. V. 3. P. 1019–1027. DOI: 10.5194/amt-3-1019-2010.
41. Chunchuzov I.P. On the high-wavenumber form of the Eulerian internal wave spectrum in the atmosphere // J. Atmos. Sci. 2002. V. 59. P. 1753–1772.
42. Гурвич А.С., Воробьев В.В., Федорова О.В. К определению параметров внутренних волн в стратосфере по наблюдениям сильных мерцаний звезд из космоса // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2006. Т. 42, № 4. С. 502–513.
43. Dalaudier F., Kan V., Gurvich A.S. Chromatic refraction with global ozone monitoring by occultation of stars. I. Description and scintillation correction // Appl. Opt. 2001. V. 40, N 6. P. 866–877.
44. Kan V., Dalaudier F., Gurvich A.S. Chromatic refraction with global ozone monitoring by occultation of stars. II. Statistical properties of scintillations // Appl. Opt. 2001. V. 40, N 6. P. 878–889.
45. Кан В. Когерентность и корреляция хроматических мерцаний звезд в спутниковом затменном эксперименте // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 10. С. 821–832.
46. Гурвич А.С., Кан В. Флуктуации радиоволн на трассах спутник–атмосфера–спутник: оценки по наблюдениям мерцаний звезд и сравнение с экспериментом // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1997. Т. 33, № 3. С. 314–323.
47. Федорова О.В. Спектры мерцаний, формируемых неоднородностями с переменной анизотропией // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 4. С. 297–300.