Исследование внутренних гравитационных волн инфракрасной камерой всего неба над территорией Якутии
Authors: Mordosova O.V. , Koltovskoi I.I. 
Published: December 2022

Internal gravitational waves are space-time fluctuations of air masses in the atmosphere. In addition to the longitudinal component, they also have a transverse component, which distinguishes them from ordinary acoustic waves. Significant progress has been made in the study of atmospheric dynamics over the past decades. Solving large-scale wave movements of air masses, particularly internal gravitational waves, remains a complex and urgent task. Spatial heterogeneity was studied to identify internal gravitational waves in the emission of the glow of the night sky at an altitude of about 87 km, where bands of hydroxyl molecules are emitted. The waves were recorded using an infrared digital camera of the whole sky installed at the optical polygon of Maymag (Yakutia). Data processing was performed by the method of temporal differentiation of images. One thousand one hundred forty frames were obtained for two seasons (2016-2017 and 2017-2018) with a pronounced wave periodic structure defined as internal gravitational waves. For each case of detected internal gravitational waves, the following parameters were determined: wave period, wavelength, propagation velocity, the direction of propagation, time, and duration of observation. The lengths of the recorded waves vary from 9.6 to 52.5 km (the average value is 25 km), the estimated periods range from 4.5 to 13.3 min (the average value is 7 min) and wave propagation is directed mainly to the northwest.

Внутренние гравитационные волны – это пространственно-временные колебания воздушных масс в атмосфере, которые помимо продольной составляющей имеют еще и поперечную составляющую, что отличает их от обычных акустических волн. За последние десятилетия достигнут значительный прогресс в изучении динамики атмосферы, однако по-прежнему остается сложной и актуальной задачей решение крупномасштабных волновых движений воздушных масс, в частности внутренних гравитационных волн. Для выявления внутренних гравитационных волн была изучена пространственная неоднородность в эмиссиях свечения ночного неба на высоте около 87 км, где излучаются полосы молекул гидроксила. Регистрация волн проводилась при помощи инфракрасной цифровой камеры всего неба, установленной на оптическом полигоне Маймага (Якутия). Обработка данных выполнялась методом временного дифференцирования снимков. Было получено 1140 кадров за два сезона (2016–2017гг. и 2017–2018гг.) с выраженной волновой периодической структурой, которые были определены как внутренние гравитационные волны. Для каждого случая обнаруженных внутренних гравитационных волн были определены такие параметры как: период волны, длина волны, скорость распространения, направление распространения, время и продолжительность наблюдения. Длины зарегистрированных волн варьируют от 9,6 до 52,5 км (среднее значение равно 25 км), наблюдаемые горизонтальные фазовые скорости изменяются от 22,5 до 158,3 м/с (среднее значение равно 60 м/с), оцененные периоды находятся в пределах от 4,5 до 13,3 мин (среднее значение равно 7 мин) и распространение волн направлено преимущественно на северо-запад.