Проект РФФИ 'ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ СТРУКТУРЫ АТМОСФЕРНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ ЕВРОПЫ В ОБЛАСТИ СРЕДНИХ ШИРОТ'

Список основных публикаций по проекту 

1. OG Khutorova, VE Khutorov, GM Teptin - Tropospheric Water Vapor Long‐term Periodicities and ENSO Relation in European Territory of Russia // Earth and Space Science, 2019 https://doi.org/10.1029/2019EA000704

2. Хуторова О.Г., Хуторов В.Е., Тептин Г.М. ПРОЯВЛЕНИЕ ЭКВАТОРИАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ИЗМЕНЧИВОСТИ ВОДЯНОГО ПАРА НА ТЕРРИТОРИИ ЕВРОПЫ // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 6 (365). С. 500-503. 
3. Khutorova O.G, Khutorov V.E, Teptin G.M., Manifestation of Equatorial Processes in Water Vapor Variations over Europe//Atmospheric and Oceanic Optics. - 2019. - Vol.32, Is.5. - P.551-554. 
4. Kalinnikov V.V, Khutorova O.G., Validation of Integrated Water-Vapor Content from GNSS Data of Ground-Based Measurements//Izvestiya - Atmospheric and Ocean Physics. - 2019. - Vol.55, Is.4. - P.352-356. 
5. Калинников В.В., Хуторова О.Г. ВАЛИДАЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА ПО ДАННЫМ НАЗЕМНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СИГНАЛОВ ГНСС // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 4. С. 58-63. 
6. Хуторова О.Г., Дементьев В. В., Близоруков А.С., ХуторовВ.Е. Дистанционное зондирование пространственной структуры водяного пара сетью приемников спутниковых навигационных систем // Труды XXVI всероссийской конференции «Распространение радиоволн».- Казань:.- 2019.- том 2.- C. 279-281.
7. ХутороваО.Г., Тептин Г.М., ХуторовВ.Е., Дементьев В. В., Корчагин Г. Е., Гизатуллин И.Ф. Аппаратно-программный комплекс дистанционного зондирования атмосферы в г. Казани// Труды XXVI всероссийской конференции «Распространение радиоволн».- Казань:.- 2019.- том 2.- C. 282-285.
8. Khutorova O, Dementiev V, Khutorov V, Remote sensing of the water vapor time and spatial structure by the satellite navigation systems receivers network//2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation, RWP 2019 - Proceedings. - 2019. - Vol., Is.. - P.392-395. 
9. Olga Khutorova, Vitali Dementiev, Vladislav Khutorov, Vladislav Kalinnikov, Alexander Blizorukov, Ilnur Gizzatullin, Guerman Teptin, Gennady Korchagin, Remote Sensing of the Water Vapor Time and Spatial Structure by the Satellite Navigation Systems Receivers Network//Conference on Radio Wave Propagation 2019, 392 - 395 
10. Хуторова О.Г., Хуторов В.Е., Тептин Г.М. Межгодовая изменчивость приземного и интегрального влагосодержания на территории Европы и атмосферная циркуляция. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 06. С. 432–437. 
11. Khutorova O.G, Khutorov V.E, Teptin G.M., Interannual Variability of Surface and Integrated Water Vapor and Atmospheric Circulation in Europe//Atmospheric and Oceanic Optics. - 2018. - Vol.31, Is.5. - P.486-491. 
12. Khutorova O.G, Khutorov V.E, Dementiev V.V. Atmospheric moisture content variability from GPS-GLONASS data near the Kazan city//Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. - 2018. - Vol.15, Is.3. - P.252-260. 
13. О.Г. Хуторова, В.Е. Хуторов, А.С. Близоруков, В.В. Дементьев. ВАРИАЦИИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ АТМОСФЕРЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРОЦЕССОВ СИНОПТИЧЕСКОГО МАСШТАБА . Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Труды XXIV Международного симпозиума. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2018. (CD-ROM).
14. О. Г. Хуторова, В. Е. Хуторов, В. В. Дементьев, А.С. Близоруков, Г. Е. Корчагин. Изменчивость полей атмосферного влагосодержания по данным зондирования сигналами GPS-ГЛОНАСС в окрестностях г. Казани//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. №3. С. 252–260  
15. Khutorova O.G, Khutorov V.E, Kalinnikov V.V, Inter-annual variability of variations of ground and integrated atmospheric water vapor content in Europe//IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2018. - Vol.107, Is.1. - Art. № 012031. 
16. О.Г. Хуторова, В.Е. Хуторов, А.С. Близоруков, В.В. Калинников, Г.М. Тептин. Характеристики межгодовых и внутригодовых вариаций приземного и интегрального атмосферного влагосодержания на европейской территории России. Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Труды XXIII Международного симпозиума. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2017. (CD-ROM).
17. О.Г. Хуторова, В.Е. Хуторов, Г.М. Тептин Межгодовая изменчивость вариаций приземного и интегрального атмосферного влагосодержания на европейской территории и атмосферная циркуляция // Международная конференция Турбулентность, динамика атмосферы и климата. Тезисы докладов. - С.95
18. Olga Khutorova, Vladislav Khutorov, German Teptin. Long term periodicities in the atmospheric water vapors variability in Europe//10 th workshop of long -term changes and trends in atmosphere, Hefei,China, May 14-18, 2018 c.10 
19. О.Г. Хуторова, В.Е. Хуторов, А.С. Близоруков, В.В. Дементьев ВАРИАЦИИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ АТМОСФЕРЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРОЦЕССОВ СИНОПТИЧЕСКОГО МАСШТАБА //Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Тезисы докладов XXIV Международного симпозиума. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2018. с.155. 
20. Хуторов В.Е., Хуторова О.Г., Близоруков А.С, Дементьев ВВ // Шеснадцатая Всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса«. Тезисы.- Москва, 2018. 
21. Хуторова О.Г., Хуторов В.Е., Корчагин Г.Е., Тептин Г.М. Изменчивость атмосферного влагосодержания на европейской территории в свете планетарных и геофизических процессов // Тез. ХXV Рабочей группы «Аэрозоли Сибири« Томск: 2018.- C.61.
22. V.V. Dementev, O.G. Khutorova, V.E. Khutorov, A.R. Nizameev, G.E. Korchagin HARDWARE-SOFTWARE SYSTEM FOR MONITORING OF THE ATMOSPHERIC WATER VAPORS STRUCTURE IN KAZAN CITY // International Conference and Early Career Scientists School on Environmental Observations, Modeling and Information Systems ENVIROMIS-2018. Tomsk: CSTI, 2018. p. 436-438
23. О.Г. Хуторова, В.Е. Хуторов, А.С. Близоруков, В.В. Калинников, Г.М. Тептин. Характеристики межгодовых и внутригодовых вариаций приземного и интегрального атмосферного влагосодержания на европейской территории России. Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Тезисы докладов XXIII Международного симпозиума. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2017. с.133.
24. Хуторова О.Г., Хуторов В.Е., Калинников В.В., Тептин Г.М. Межгодовая изменчивость вариаций приземного и интегрального атмосферного влагосодержания на европейской территории // Тез. ХXIV Рабочей группы «Аэрозоли Сибири« Томск: 2017.- C.35.
25. Хуторова О.Г., Дементьев В.В., Низамеев А.Р., Хуторов В.Е., Корчагин Г.Е. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЫСОТНО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ВОДЯНОГО ПАРА В ТРОПОСФЕРЕ ПО СИГНАЛАМ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ // «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: экологические вызовы XXI века« Труды III международной конференции. – С.599-604.
26. Хуторова О.Г. , Дементьев ВВ , Низамеев А.Р , Хуторов В.Е. , Корчагин Г.Е. Методика радиотомографии водяного пара в тропосфере по сигналам спутниковых навигационных систем // Пятнадцатая Всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса«. Тезисы.- Москва, 2017.
27. Хуторов В.Е. , Хуторова О.Г. , Тептин Г.М. , Калинников В.В. Спектр вариаций полей атмосферного влагосодержания на территории Европы по данным зондирования сигналами GPS-ГЛОНАСС // Пятнадцатая Всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса«. Тезисы.- Москва, 2017. http://smiswww.iki.rssi.ru/d33_conf/thesisshow.aspx?page=144&thesis=5997 
28. Хуторова О.Г., Хуторов В.Е., Калинников В.В., Тептин Г.М. МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВАРИАЦИЙ ПРИЗЕМНОГО И ИНТЕГРАЛЬНОГО АТМОСФЕРНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ НА ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ // «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: экологические вызовы XXI века« Труды III международной конференции. – С.266-271.

Основные результаты

Водяной пар играет огромную роль на Земле, он участвует в круговороте воды, формировании облаков и осадков. Атмосферный водяной пар составляет всего 0.001 % от общего запаса воды на Земле, однако играет ключевую роль в тепловом балансе атмосферы и парниковом эффекте. Поэтому исследование закономерностей его изменчивости – очень актуальная задача.

В нашем проекте мы разработали несколько методов исследования влагосодержания тропосферы. Например, мы можем оценить общее количество водяного пара в столбе атмосферы. Каждую секунду в любую точку Земли посылают сообщения спутники ГЛОНАСС, GPS и других глобальных навигационных спутниковых систем. Их радиосигналы, проходя через атмосферу «замедляются» за счет влияния атмосферных газов. Измеряя это замедление, можно оценить состояние атмосферы, измерить общее содержание водяного пара. Важное достоинство радиосигналов глобальных навигационных спутниковых систем – это способность проходить через все слои атмосферы в любую погоду. Этим объясняется то внимание, которое уделяется спутниковым системам в различных программах мониторинга атмосферы.

В проекте мы исследовали вариации интегрального влагосодержания и сравнили его с вариациями приземного парциального давления водяного пара, измеренных в тех же пунктах. Обнаружено, что вариации интегрального и приземного влагосодержания синхронны. Поэтому ряды приземных параметров как более длинные пригодны для  выделения медленных межгодовых вариаций, а внутрисуточные вариации можно исследовать по данным приемников ГНСС в широком спектре временных масштабов.

Пространственные характеристики содержания водяного пара определяются испарением с подстилающей поверхности, конденсацией, осадками и ветровой циркуляцией. Эти процессы управляются широтной зависимостью притока солнечной радиации и удаленностью от морей и океанов. Поэтому с юга на север и с запада на восток на территории Европы среднее значение влагосодержания падает.

Глобальное потепление климата – не только повышение температуры. В нашем проекте показано, что увеличивается также и влагосодержание атмосферы, причем средние величины приземного влагосодержания и температуры меняются в зависимости от расположения пунктов, их климата. Однако линейный тренд дает менее 1% вклада в общую дисперсию изменчивости интегрального влагосодержания атмосферы на территории Европы. Основной вклад 60-70 % в дисперсию вариаций дает сезонная изменчивость; мезомасштабные процессы дают 7-17 %, а синоптические составляют 17-27%. Кроме того, линейный тренд не описывает адекватно даже межгодовые вариации. В нашем проекте кроме положительного линейного тренда мы обнаружили нерегулярные квазипериодические колебания влагосодержания атмосферы с временными масштабами 2-3,5 года, 5-6 лет, 8-11 лет, 16-19 лет.

Результаты показывают явную связь изменчивостью влагосодержания на европейской территории с атмосферной циркуляцией. Установлено, что вклад флуктуаций с временными масштабами от 2 до 5 лет составляет от 35 до 60% дисперсии межгодовых вариаций. Найдены пространственные зависимости локальной когерентности гармоник с масштабами 2-4 индекса Nino3.4 и парциального давления водяного пара. Обнаружено, что корреляция этих вариаций достигает 0,7-0,9. Показано, что значительную роль в механизме переноса энергии экваториальных процессов в средние широты играют планетарные волны, распространяющиеся с востока на запад. Их энергия начинает усиливаться зимой в год Эль-Ниньо, а максимум достигается спустя год.

Зондирование атмосферы сигналами навигационных спутников позволило выявить новые закономерности, возникающие при смене воздушных масс. Показано, что в моменты прохождения атмосферного фронта, разделяющего эти воздушные массы, появляются значительные флуктуации влагосодержания в атмосфере. Кроме изменения среднего уровня влагосодержания, обусловленного сменой воздушных масс, наблюдаются квазипериодические флуктуации интегрального влагосодержания и горизонтальных градиентов зенитной тропосферной задержки. Этот важный результат можно использовать для разработки прогноза опасных метеоявлений, связанных с атмосферными фронтами при дальнейшем усовершенствовании моделей атмосферы.

Закономерности мезомасштабных процессов, найденные по измерениям радиосигналов ГНСС получены впервые в мире, и могут быть использованы при дальнейшем усовершенствовании моделей атмосферы, расчетах радиационного баланса, оценках точности и сопоставления данных атмосферного мониторинга.

Хорошо известно, что задача прогнозирования атмосферных фронтов в настоящее время плохо автоматизируется и требует квалифицированного ручной постобработки результатов моделирования. Возможно, что дистанционное ГНСС зондирование, может стать дополнительным инструментом мониторинга интегрального влагосодержания с высоким временным разрешением и последующим оперативным усвоением данных. Результаты работы показали, что эта технология позволяет оценить как динамику интегрального влагосодержания, так и флуктуации в тропосфере в момент прохождения атмосферного фронта.