ВЫЯВЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ УСИЛЕНИЯ КРУПНОМАСШТАБНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ДИФФУЗИЙ В СРЕДНЕЙ АТМОСФЕРЕ

© А.П.Капица, А.А.Гаврилов, О.В.Кайдалов, П.Н.Свиркунов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2004 г.

Создана физико-математическая модель влияния крупномасштабного поля ветра, обусловленного атмосферными приливами и ВГВ, на диффузию пассивной примеси в средней атмосфере.

Модельные расчеты, основанные на решении диффузионного уравнения методом стохастических дифференциальных уравнений, показали, что нелинейное взаимодействие ПВ, изменяющихся во времени и в пространстве, с обычным диффузионным «расплыванием» космозольных облаков, образованных продуктами выбросов твердотопливных двигателей космических аппаратов, приводят к существенному увеличению скорости диффузии в горизонтальной плоскости (на 2-5 порядков), на высотах полярной мезосферы и нижней термосферы Северного полушария (h=80-1200 км.)

Разработана численная модель «метод частиц» для выявления и изучения нового механизма диффузионных процессов, обусловленного стохастизацией траекторий диффундирующих частиц примеси, за счет отличной от нуля плотности спиральности.

Численная модель реализована в виде компьютерной программы с помощью Compaq Visual Fortran версии 6.5 под оболочкой Microsoft Developer Studio.

Создан банк экспериментальных данных параметров атмосферных термических приливов: амплитуды, фазы, вертикальные волновые числа и ВГВ, распределения по (амплитудам, фазам, волновым числам, частотам).

Анализ численных экспериментов показал, что взаимодействие важнейших типов волновых атмосферных движений (термических приливов и ВГВ) с мелкомасштабными стохастическими процессами приводит к существенному увеличению скорости диффузии в горизонтальной плоскости (на 2-5 порядков) на высотах нижней термосферы (h = 90-120 км).

Эти результаты подтверждают теоретические выводы авторов, основанные на решении диффузионного уравнения методом стохастических дифференциальных уравнений.

Результаты модельных расчетов коэффициента крупномасштабной атмосферной диффузии удовлетворительно согласуются с результатами натурных экспериментов измерения коэффициента диффузии в средней атмосфере.

Работа выполнена при совместной финансовой поддержке Правительства Калужской области и РФФИ (проекты № 04-05-97212).