Рис. 5. Временные ряды влагосодержания тропосферы РШ и положительной приземной температуры, а также текущие уровни 6-часовых накоплений атмосферных осадков (мм) над пунктом наблюдения Усть-Баргузин за 2013-2017 гг.
На рисунках 5, а-д приведены годовые ряды полученных значений суммарного водяного пара в виде осаждаемой воды в тропосфере РЖ и положительные значения приземной температуры для пункта наблюдения Усть-Баргузин за 2013-2017 гг. Здесь же указаны уровни выпавших атмосферных осадков, накопленных за 6 предыдущих часов относительно временных отсечек. Как правило, накануне выпадения осадков отмечается заметный рост уровня влагосодержания РЖ.
Рис. 6. Межгодовые изменения количества суммарных атмосферных осадков в пос. Усть-Баргузин с 2013 по 2017 г.
Как видно на рис. 5 а--д, высокие значения PWне всегда связаны с выпадением атмосферных осадков ввиду недостаточности на тот момент степени насыщения водяных паров в тропосфере. Повышение уровня влагосо- держания соответствует выпадениям осадков, как правило, при резком понижении температуры воздуха и наличии восходящих потоков воздушных масс [Марченко, Мордвинов, Антохин, 2012; BenevidesP., CatalaoJ., Miranda, 2015]. Можно наблюдать соответствие фактов выпадений осадков повышению уровня влагосодержания и понижению приземной температуры.
В течение пяти рассматриваемых лет наименьшее количество годовых суммарных атмосферных осадков наблюдалось в 2015 г. (рис. 6). В летний период этого года на территории Забайкальского национального парка была зафиксирована максимальная площадь лесных пожаров за последние 30 лет.
Летний период времени, когда приземная температура воздуха и уровень влагосодержания тропосферы принимают максимальные значения, особенно интересен с точки зрения возможности возникновения лесных пожаров из-за недостатка дождей. На рисунке 7 приведены графики межгодовых суммарных за летний период значений атмосферных осадков и усредненные за сутки значения приземной температуры воздуха и уровня влаго- содержания тропосферы в летний период над пунктом наблюдения Усть- Баргузин с 2013 по 2017 г. Из рисунка видно, что минимальному значению суммарных летних атмосферных осадков в 2015 г. соответствуют в этот же год максимальное значение усредненной температуры воздуха и минимальное значение усредненного уровня влагосодержания. Таким образом, для сильно засушливого летнего периода 2015 г. характерен повышенный уровень среднего температурного значения, а также пониженный средний уровень влагосодержания тропосферы. Для возникновения обильных атмосферных осадков необходимы: 1) повышенный уровень влагосодержания нижней атмосферы, а также 2) существенное понижение температуры воздуха и 3) сильные восходящие потоки воздушных масс [Caldas-Alvarez, Khodayar, Bock, 2017]. К сожалению, летом 2015 г. таких благоприятных условий для сильных осадков наблюдалось незначительно. 8 июля 2015 г. имело место выпадение наиболее существенных атмосферных осадков на уровне 13 мм, затем заметные дожди прошли лишь 31 августа и 7 сентября на уровне 5 и 6 мм соответственно. Образование засушливых периодов обычно происходит при отсутствии трех вышеназванных факторов осадкообразования, а также при недостаточном уровне одного из факторов. В Байкальской зоне за последние семь лет отмечалось преобладание траекторий северо-западных и северных направлений переноса воздушных масс. Наблюдалось ослабление восточноазиатского муссона, который оказывал существенное влияние на количество атмосферных осадков в Прибайкалье и Забайкалье [Атмосферные блокинги в Западной ... , 2018].
Рис. 7. Графики межгодовых суммарных значений атмосферных осадков и усредненные за сутки значения приземной температуры воздуха и уровня влагосодержания тропосферы над пунктом наблюдения Усть-Баргузин в летний период с 2013 по 2017 г.
Заключение
Определены количественные характеристики значений полной тропосферной зенитной задержки ZTD, ее «влажной» компоненты 2ЖЕ> и уровней влагосодержания в виде осаждаемой воды РЖ для пункта наблюдения Усть- Баргузин в течение 2013-2017 гг. В теплое время года (май - сентябрь) данные по 2ЖР и РЖ имеют высокий коэффициент взаимной корреляции, достигающий 0,93. В более холодное время года (октябрь - апрель) существенную роль в формировании 2ТЕ> начинает играть атмосферное давление, которое в этот период имеет большую вариативность. Применение технологии спутникового зондирования атмосферы КОЛЛ и данных запусков метеорологических зондов для вертикального профилирования температуры воздуха до уровней нижней части стратосферы (до 40 км) позволили получить линейную и квадратичную регрессии соотношений приземной температуры Tи средневзвешенной температуры Tmпо вертикальным значениям упругости водяного пара. Рассмотрено сравнение количества атмосферных осадков с 2013 по 2017 г. в летний период со среднесуточными значениями приземной температуры воздуха и уровней влагосодержания тропосферы над пос. Усть-Баргузин. Сравнение вариаций ZWDи PWс атмосферными осадками в течение всего пятилетнего периода над пунктом наблюдения Усть-Баргузин показало закономерный рост уровней ZWDи PWнакануне выпадения осадков. Использование радиофизических данных по тропосферной задержке сигналов (ZTD), полученных, например, посредством GPS- измерений, позволит улучшить систему краткосрочного прогноза погоды, а также проводить исследования в области атмосферной циркуляции воздуха и влагосодержания тропосферы.
Список литературы
Атмосферные блокинги в Западной Сибири. Ч. 2: Долговременные вариации повторяемости ситуаций блокирования и их связь с изменением климата в Азии / О. Ю. Антохина, П. Н. Антохин, Е. В. Девятова, Ю. В. Мартынова // Метеорология и гидрология. 2018. Т. 43, № 3. С. 16-28. https://doi.org/10.3103/S1068373918030020.
Диагностика содержания атмосферного водяного пара по данным GPS-измерений / М. Г. Дембелов, Ю. Б. Башкуев, А. В. Лухнев, О. Ф. Лухнева, В. А. Саньков // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28, № 2. С. 172-177. https://doi.org/10.1134/S1024856015040053
Кашкин В. Б. Внутренние гравитационные волны в тропосфере // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26, № 10. С. 908-916. https://doi.org/10.1134/S1024856014010059
Кашкин В. Б., Владимиров В. М., Клыков А. О. Оценка тропосферной задержки сигналов глобальных навигационных спутниковых систем // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 5. С. 37-42.
Марченко О. Ю., Мордвинов В. И., Антохин П. Н. Исследование долговременной изменчивости и условий формирования атмосферных осадков в бассейне реки Селенга // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, № 12. C. 1084-1090.
Хуторова О. Г., Хуторов В. Е., Тептин Г. М. Межгодовая изменчивость приземного и интегрального влагосодержаний на территории Европы и атмосферная циркуляция // Оптика атмосферы иокеана.Т. 31,№ 6.2018.С. 432-437. https://doi.org/10.15372/AOO20180602
Benevides P., Catalao J., Miranda P. M. A. On the inclusion of GPS precipitable water vapour in the nowcasting of rainfall // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2015. Vol. 15. P. 2605-2616.
Bevis M., Businger S., Chriswell S. GPS meteorology: mapping zenith wet delays onto precipitable water // Journal of Applied Meteorology. 1994. Vol. 33. P. 379-386.
Caldas-Alvarez A., Khodayar S., Bock O. GPS - Zenith Total Delay assimilation in different resolution simulations of a heavy precipitation event over southern France // Advances in Science and Research, 2017. Vol. 14. P. 157-162. https://doi.org/10.5194/asr-14-157-2017
Geodesy by radio interferometery: effects of atmospheric modeling errors on the estimates on baseline lengths / J. Davis, T. A. Herring, I. I. Shapiro, A. E. E. Rogers, G. Elgered// Radio Science. 1985. Vol. 20, N 6. P. 1593-1607.
GPS meteorology: remote sensing of atmospheric water vapor using the global positioning system / M. Bevis, S. Businger, T., Herring C. Rocken, R. A. Anthes, R. H. Ware // J. of Geoph. Res. 1992.Vol. 97, N d14. P. 15787-15801.
Saastamoinen J. Atmospheric correction for the troposphere and stratosphere in radio ranging of satellites // Henriksen, The Use of Artificial Satellites for Geodesy. Geophys.Monogr. Ser. AGU. Washington. D. C. 1972. Vol. 15. P. 247-251.
Smith E. K., Weintraub S. The constants in the equation for atmospheric refractive index at radio frequencies // Proceedings of the institute of Radio Science. 1953. Vol. 41. P. 1035-1037.
References
Antokhina O.Y., Antokhin P.N., Devyatova E.V., Martynova Y.V. Atmospheric blockings in Western Siberia. Part 2.Long-term variations in blocking frequency and their relation with climatic variability over Asia.Russian Meteorology and Hydrology, 2018, vol. 43, no. 3, pp. 143-151. https://doi.org/10.3103/S1068373918030020
Dembelov M.G., Bashkuev Y.B., Lukhnev A.V., Lukhneva O.F., San'kov V.A. Diagnostics of atmospheric water vapor content according to GPS measurements.Atmospheric and oceanic optics, 2015, vol. 28, no. 4, pp. 291-296.https://doi.org/10.1134/S1024856015040053
Kashkin V.B. Internal gravity waves in troposphere. Atmospheric and oceanic optics, 2014, vol. 27, no. 1, pp. 1-9.https://doi.org/10.1134/S1024856014010059
Kashkin V.B., Vladimirov V.M., Klykov A.O. Otsenkatroposfernoyzaderzhkisignalovglobalnyhnavigatsionnyhsputnikovyh system [Estimation of the tropospheric signals delay of global navigation satellite systems].Uspehisovremennoyredioelektroniki.[Successes of modern radio electronics], 2014, no. 5, pp. 37-42. (in Russian)
MarchenkoO.Yu., Mordvinov V.I., Antokhin P.N. Issledovaniyedolgovremennoyiz- menchivosti I usloviyformirovaniyaatmosfernyhosadkov v basseynereki Selenga [Study of long-term variability and conditions of precipitation formation in the Selenga river basin].Optikaatmosferyiokeana.[Atmospheric and oceanic optics], 2012, vol. 25, no. 12, pp. 10841090. (in Russian)
Khutorova O.G., Khutorov V.E., Teptin G.M. Mezhgodovayaizmenchivostprizemnogo I inegralnogovlagosoderzhaniynaterritoriiEvropy I atmosfernayatsirkulyatsiya [Inter-annual variability of surface and integral water contents on a territory of Europe and atmospheric circulation]. Atmospheric and oceanic optics, 2018, vol. 31, no. 6, pp. 432-437.https://doi.org/10.15372/AOO20180602 (in Russian)
BenevidesP., Catalao J., Miranda P. M. A. On the inclusion of GPS precipitable water vapour in the nowcasting of rainfall.Natural Hazards and Earth System Sciences, 2015, vol. 15, pp. 2605-2616.
Bevis M., BusingerS., Chriswell S. GPS meteorology: mapping zenith wet delays onto precipitable water. Journal of Applied Meteorology, 1994, vol. 33, pp. 379-386.
Caldas-Alvarez A., KhodayarS., Bock O. GPS - Zenith Total Delay assimilation in different resolution simulations of a heavy precipitation event over southern France // Advances in Science and Research, 2017, vol. 14, pp. 157-162. https://doi.org/10.5194/asr-14-157-2017
Davis J., Herring T.A., Shapiro I.I., Rogers A.E.E., Elgered G. Geodesy by radio inter- ferometery: effects of atmospheric modeling errors on the estimates on baseline lengths. Radio Science, 1985, vol. 20, no. 6. pp. 1593-1607.
Bevis M., Businger S., Herring T., Rocken C., Anthes R.A. Ware R.H. GPS meteorology: remote sensing of atmospheric water vapor using the global positioning system. Journal of Geophysical Research, 1992, vol. 97, no. d14, pp. 15787-15801.
Saastamoinen J. Atmospheric correction for the troposphere and stratosphere in radio ranging of satellites.Henriksen, The Use of Artificial Satellites for Geodesy. Geophys.Monogr. Ser. AGU. Washington. D.C. 1972, vol. 15, pp. 247-251.
Smith E.K., Weintraub S. The constants in the equation for atmospheric refractive index at radio frequencies.Proceedings of the institute of Radio Science, 1953, vol. 41, pp. 10351037.