Главная – Журналы – Поиск по журналам

В зимний период основную роль в формировании режима атмосферы играют атмосферные волны планетарного масштаба, а в стратосфере формируется полярный вихрь. Яркий пример межгодовой изменчивости стратосферного полярного вихря, вызванной планетарными волнами, - это внезапное стратосферное потепление (ВСП). На основе данных реанализа MERRA-2 исследована внутренняя динамика главных внезапных стратосферных потеплений, сопровождающихся смещением и расщеплением стратосферного полярного вихря, с точки зрения расчета в явном виде нелинейных взаимодействий планетарных волн между собой и со средним потоком для выявления схожих тенденций при формировании ВСП различных типов. В частности, показано, что формирование ВСП с расщеплением стратосферного полярного вихря не всегда сопровождается вариациями волновой активности стационарной планетарной волны с зональным волновым числом 2 (СПВ2), но определяется максимальными взаимодействиями СПВ2 со средним потоком. Для группы ВСП со смещением стратосферного полярного вихря получено, что межволновые взаимодействия при генерации вторичной стационарной планетарной волны с зональным волновым числом 1 (СПВ1) максимальны за одну-две недели до даты ВСП, а при генерации вторичной СПВ2 - за пять-десять дней. Результаты исследования, направленные на выявление предикторов формирования ВСП, важны в связи с тем, что ВСП значительно влияют на всю среднюю атмосферу, ионосферу, а также на погодные условия в тропосфере и формирование экстремальных погодных явлений.

Солнечные термические приливы существенно влияют на глобальную атмосферную циркуляцию. Являясь важным звеном динамической взаимосвязи слоев атмосферы, приливы обеспечивают распределение эффекта от изменения солнечной активности (СА) по всем слоям атмосферы. Поэтому изучение различных внешних факторов их формирования и распространения во всей толще атмосферы является актуальным. На основе механистической нелинейной численной модели общей циркуляции средней и верхней атмосферы (МСВА) в настоящей работе оценивается влияние изменений СА на пространственно-временную структуру приливов. Рассматриваются два ансамбля МСВА-расчетов глобальной атмосферной циркуляции в январе, каждый из которых состоит из 16 реализаций, соответствующих высокой и низкой СА. Показано, что при усилении солнечного воздействия при высокой СА суточный мигрирующий прилив, распространяющийся на запад (СЗ1), ослабляется в диапазоне высот 100-150 км и усиливается на бóльших высотах. Анализ потоков Элиассена-Палма (ЭП) продемонстрировал значимую корреляцию между изменением распространения волновой активности в вертикальном направлении и амплитудой суточного мигрирующего прилива: нисходящие приращения потоков в целом соответствуют ослаблению прилива в диапазоне 110-150 км, восходящие - усилению прилива выше 150 км. Полусуточный мигрирующий прилив, распространяющийся на запад (ПЗ2), вплоть до уровня 40 км в Южном полушарии и 190 км в Северном в средне- и высокоширотной термосфере ослабляется при высокой СА. Это сопровождается преимущественно ослаблением восходящих потоков ЭП. Выше 200 км амплитуда ПЗ2 в Северном полушарии при высокой СА увеличивается в два-три раза. Выше 150 км в термосфере амплитуда стационарной планетарной волны (СПВ1) при высокой СА уменьшается, а амплитуда мигрирующих приливов увеличивается. В совокупности это приводит к сложной структуре изменений амплитуд немигрирующих приливов. Результаты могут использоваться для совершенствования численных схем прогнозирования изменения атмосферных процессов на различных временных масштабах, от суток до десятилетий.

Детальное изучение пространственного распределения источников аэрозолей необходимо для понимания их влияния на качество воздуха и здоровье населения. Поля источников атмосферного аэрозоля различных типов, поступающих на Средний Урал, оценивались с использованием анализа функции потенциального вклада источников. В качестве исходных данных выступала информация о типе аэрозоля, полученная в результате решения задачи классификации аэрозольных частиц на основе спектральных значений аэрозольной оптической толщины атмосферы. Результаты демонстрируют четкую пространственную дифференциацию источников атмосферных аэрозолей для классов пыль и высокие дымы. Предлагаемый подход может существенно дополнить данные спектральных наземных фотометрических измерений, повышая точность оценки качества воздуха.

Во время возмущений в околоземном космическом пространстве возникают сбои в работе наземных и спутниковых технологических систем вплоть до катастрофического отказа. Поэтому проблема создания методов, обеспечивающих анализ и контроль состояния природной среды в режиме реального времени с приемлемой точностью, приобретает особую актуальность. В настоящей статье представлен новый автоматизированный метод обнаружения и оценки интенсивности аномалий в наблюдениях нейтронных мониторов (НМ). Для обнаружения аномалий применялись дискретные вейвлет-разложения с адаптивными пороговыми функциями, параметры которых оценивались автоматически (по мере поступления данных в систему обработки) с использованием правил теории статистических решений. Эти правила позволили получить решение с ошибкой, не превышающей априори заданной величины. Интенсивность аномалий в наблюдениях НМ далее вычислялась путем суммирования амплитуд вейвлет-коэффициентов, превышающих оцененные пороги. Исследованы периоды сильных и экстремальных геомагнитных бурь 2024-2025 гг. Анализируются корреляционные зависимости между значениями Dst-индекса и интенсивности аномалий в наблюдениях НМ; результаты показали существенное возрастание корреляционной связи во время геомагнитных бурь. Задержка максимумов Dst-индекса относительно максимумов I составила несколько часов, что свидетельствует о важности наблюдений НМ и их учета при решении задач космической погоды. Результаты работы могут быть использованы в методиках прогноза космической погоды для раннего обнаружения спорадических вариаций в потоке космических лучей.

Мониторинг и анализ динамики параметров ионосферы позволяет обнаруживать ионосферные возмущения, которые негативно влияют на технические системы. Проблемы своевременного обнаружения ионосферных возмущений связаны с высокой долей априорной неопределенности знаний о динамике ионосферных процессов в возмущенные периоды, влиянием помех и неравномерной сетью наблюдений в отдельных районах. Эти проблемы требуют развития методов регистрации и анализа данных, обеспечивающих высокую точность и оперативность. В настоящей работе представлен новый автоматизированный метод оценки состояния ионосферы по данным наземного вертикального радиозондирования. Метод основан на синтезе элементов теории статистических решений и пороговых оценок с вейвлет-преобразованием. Построенные на основе метода численные решения используются в интерактивной системе «Аврора». Результатами работы алгоритмов являются данные о состоянии ионосферы над Камчаткой (спокойное/возмущенное) и параметры ионосферных неоднородностей в случае возмущенного состояния. Алгоритмы адаптивны и не требуют предварительного обучения. Метод был апробирован на данных ст. Паратунка (Россия, Камчатский край) и Вакканай (Япония). Изучалось поведение ионосферы в периоды сильных геомагнитных бурь 2023-2024 гг. Исследование подтвердило эффективность метода для анализа ионосферных данных и обнаружения ионосферных неоднородностей. Накануне анализируемых событий выделены признаки аномального возрастания электронной плотности ионосферы, что имеет важное прикладное значение. Представленный в работе метод может быть использован в методиках анализа ионосферных данных при выполнении мониторинга и прогноза состояния космической погоды с целью своевременного обнаружения ионосферных возмущений.

В настоящей статье задача распознавания облаков на гиперспектральных спутниковых изображениях решается путем построения интерпретируемого нейросетевого классификатора для частичной облачности. Для эффективного решения данной задачи делается предварительный отбор спектральных каналов и производных признаков с помощью деревьев решений, обучаемых на размеченных спутниковых снимках сенсора HYPERION, с целью дальнейшего построения сверточной нейронной сети на основе модифицированной сети Unet. Модификации исходного варианта сети Unet позволяют упростить структуру сети, избежать переобучения, оценить значимость пространственных и спектральных признаков, проанализировать результаты классификации и причины принятия решений. Отбор входных признаков и оценка их значимости являются важными этапами разработки адекватных моделей машинного и глубокого обучения в сочетании с анализом их обобщающей способности. Предложенный метод отбора признаков основан на итерационном обучении деревьев решений с целью выделения значимых признаков с точки зрения точности классификации. Интерпретация работы сверточной нейронной сети и оценка значимости пространственных и спектральных признаков проводятся на основе вычисления векторов Шепли. Приведены результаты тестирования нейронной сети по снимкам HYPERION, сделанным над тремя типами поверхности (океан, растительность, урбанизированная территория). Оценены общая точность, а также ошибки ложного распознавания и ложного пропускания облаков. Показано, что нейронная сеть позволяет проводить семантическую сегментацию снимков с частичной облачностью с точностью свыше 95% на выделенном наборе каналов и пространственных признаков. Проанализирована значимость входных признаков, обусловленная их распределением по спектральным каналам, а также взаимным расположением пикселей на изображении в задаче распознавания плотных и разреженных облаков на гиперспектральных спутниковых снимках. Представленная нейросетевая модель ориентирована на работу с данными ограниченного объема с возможностью применения аугментации и может быть использована для оценки значимости выделенных спектральных каналов и пространственных признаков.

Сажевый аэрозоль от лесных пожаров, инжектируемый в стратосферу, может влиять на климат в планетарном масштабе наравне с вулканическим аэрозолем. В данной работе изучалось наполнение стратосферы сажевым аэрозолем от лесных пожаров в Восточной Сибири, а также появление вулканического аэрозоля над Западной Сибирью. Рассмотрен эпизод наземных лидарных наблюдений в июле 2022 г., когда в стратосфере над Томском были обнаружены аэрозольные слои на высотах около 11 и 20-25 км. Анализируется происхождение этих слоев с помощью метода траекторий движения воздушных масс с контролем их наполнения аэрозолем по данным лидара спутника CALIPSO, а также с привлечением данных зондирования атмосферы и поверхности Земли со спутников Suomi-NPP и Himawari-8. Показано, что источниками аэрозольного наполнения нижней стратосферы на высоте около 11 км являются пожары в Восточной Сибири, которые привели к образованию мощных пирокумулятивных облаков; установлено место и время образования этих облаков. Показано, что аэрозольные слои на высотах 20-25 км связаны с извержением вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, который извергался в Южном полушарии в январе 2022 г. Полученные результаты представляют значительный интерес для прогнозирования климатических изменений в региональном и глобальном масштабах.

С целью исследования динамики атмосферы Земли важно изучить частотный состав вариаций геомагнитного поля в диапазоне периода 16-дневной атмосферной планетарной волны (14,5-18 сут). В настоящей работе анализируются спектры вариаций магнитного поля Земли, зарегистрированные в период с 2000 по 2023 г. на трех европейских среднеширотных магнитных обсерваториях: «Бельск» (восток Европы), «Фюрстенфельдбрук» (центр Европы), «Дурб» (запад Европы). Методом периодограмм Ломба-Скаргла в спектре в диапазоне от 14,5 до 18 сут выделены гармоники, связанные с модуляционным воздействием длиннопериодных вариаций и приливным воздействием. Анализ показал, что спектральный состав геомагнитных вариаций не зависит от долготы месторасположения пункта наблюдения (пункты находятся приблизительно на одной широте). Удалось идентифицировать спектральные гармоники, обусловленные модуляцией полугодовой вариацией второй гармоники цикла вращения солнечных пятен и деклинационной приливной волны. Для приливной волны с периодом ~ 2 нед. выделены гармоники, обусловленные модуляционным воздействием на нее 11-летнего цикла солнечной активности (цикл Швабе), четвертой гармоники 22-летнего цикла солнечной активности, годовой и полугодовой вариаций. В спектрах хорошо выделяются гармоники, которые по периодам соответствуют модуляционному воздействию на 16-дневную планетарную волну 11-летнего цикла солнечной активности, четвертой гармоники 22-летнего цикла солнечной активности, годовой и полугодовой вариаций. Результаты спектрального анализа подтверждают влияние процессов, наблюдающихся в нижней нейтральной атмосфере, на динамику верхних слоев атмосферы. Полученные результаты могут использоваться для разработки моделей динамики атмосферы.

Для предотвращения миграции редкоземельных элементов (РЗЭ) в природных средах и их очищения перспективным методом является биосорбция, при этом эффективными биосорбентами считаются микроскопические грибы. Статья посвящена изучению биосорбционной способности почвенных микроскопических грибов в отношении РЗЭ в водных растворах. Изучена динамика адсорбции на примере лантана биомассой микромицетов Penicillium canescens и Talaromyces funiculosus в зависимости от времени контакта и его концентрации в растворе. Установлено, что адсорбционное равновесие в системе “грибная биомасса - водный раствор лантана” наступает в течение 24 ч, биомасса T. funiculosus показала более высокую сорбционную способность. Адсорбция лантана интенсивнее протекает при среднекислых значениях рН растворов, максимальная сорбция лантана за 24 ч отмечена при pH 3,1 биомассой P. canescens. Выявлено, что РЗЭ с бóльшими ионными радиусами извлекаются эффективнее, они активнее занимают свободные сорбционные центры с образованием комплексов. При длительном взаимодействии РЗЭ с грибной биомассой формируются наночастицы, состав которых близок к монациту. Согласно данным ИК-спектроскопии центрами сорбции РЗЭ являются амидные, карбоксильные, аминные и фосфатные группировки клеточной стенки грибов. Наличие множества ионогенных групп обусловливает высокую сорбционную емкость грибной клеточной стенки. В ходе межмолекулярного моделирования взаимодействия лантана с аминокислотными остатками белков клеточной стенки грибов выявлено, что белки образуют прочные комплексы путем комплексообразования РЗЭ с аминокислотными остатками, где активными центрами являются глутаминовая и аспарагиновая аминокислоты.

На основе результатов микробной индикации за 2023 и 2024 гг. установлено, что Авачинский залив и юго-западное побережье Камчатки подвержены существенному нефтяному загрязнению. Численность углеводородокисляющих микроорганизмов на большинстве исследованных станций составила 10³ КОЕ/мл (г) и выше. Результаты молекулярно-генетического анализа, направленного на выявление в среде маркерных бактериальных генов окисления алканов (ALK-1, ALK-2, ALK-3) и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) (nah, phn, bphA1, xylE, GN-PAH, GP-PAH), свидетельствовали о доминировании в 2023 г. в поверхностных водах Авачинского залива бактерий, способных к окислению коротко- и среднецепочечных алканов, а в водах юго-западного побережья Камчатки - бактерий - потенциальных деструкторов средне- и длинноцепочечных алканов. Также для вод обоих районов было характерно значительное присутствие грамотрицательных бактерий, окисляющих различные виды ПАУ. В 2024 г. в Авачинском заливе резко уменьшилась доля станций с бактериями, расщепляющими фенантрен и короткоцепочечные алканы, но увеличилась - с микроорганизмами, окисляющими длинноцепочечные алканы. Для юго-западного побережья Камчатки отмечалось увеличение доли проб воды, в которых были детектированы бактериальные гены окисления бифенила и гены окисления ПАУ, характерные для грамотрицательной микробиоты. В образцах донных осадков, собранных в 2023 г. из обеих исследуемых акваторий, чаще всего выявлялись гены, ответственные за окисление ПАУ грамположительной микробиотой и разложение длинноцепочечных алканов. Анализ образцов донных осадков, собранных в 2024 г., свидетельствовал об уменьшении доли станций с микроорганизмами, способными к окислению различных нефтяных углеводородов в обоих исследуемых районах.