Экваториальная область является источником многих уникальных атмосферных процессов, которые связывают всю атмосферу по вертикали снизу вверх и в горизонтальной плоскости от экватора к полюсу. Несмотря на свою важность для глобальных изменений, экваториальная атмосфера недостаточно изучена.
Из-за того, что экваториальный регион имеет максимальное количество солнечной радиации во всем мире, кумулятивная конвекция здесь наиболее активна, создавая разнообразные атмосферные волны, такие как экваториальные волны, атмосферные приливы и гравитационные волны.
Минимальный эффект силы Кориолиса, присутствующий вблизи экватора, позволяет максимально расширить диапазон периодов их распространения по земному шару. Их амплитуды растут с высотой над уровнем моря, пока они распространяются вверх. Энергия и импульс этих волн переносятся вверх и оседают на больших высотах. Они взаимодействуют друг с другом или с фоновым потоком на больших высотах и генерируют типичные глобальные колебания, такие как квази двухгодичные колебания (QBO) и полугодовые колебания (SAO).
Эти взаимодействия весьма важны, поскольку именно мелкомасштабные процессы атмосферных волн, генерируемых в нижних слоях атмосферы, управляют крупномасштабным процессом глобальной циркуляции в средней атмосфере. Электродинамика демонстрирует уникальные особенности экваториальной ионосферы на высоте свыше 100 км, где линии геомагнитного поля параллельны поверхности Земли (или перпендикулярны силе гравитации Земли).
Мезомасштабные атмосферные гравитационные волны существуют на больших высотах и, как считается, вызывают нестабильность плазмы, которая создает экваториальные плазменные пузыри в ночной ионосфере.
Таким образом, различные динамические и электродинамические процессы в экваториальной атмосфере вертикально связаны с помощью конвекционнных атмосферных волн. В экваториальном регионе кумулятивная конвекция является значительным источником атмосферных гравитационных волн . Из спутниковых данных OLR (исходящая длинноволновая радиация) хорошо известно, что самые высокие облака (самая глубокая конвекция) появляются над Индонезийским архипелагом (или Индонезийским морским континентом) .
Активность мезомасштабных гравитационных волн с вертикальной длиной волны менее 10 км оценивается по потенциальной энергии на единицу массы на высоте 20-30 км. Особенно сильно он усиливается над Индонезийским архипелагом, где кумулятивные облака высоки. Хорошая корреляция между этими двумя типами данных хорошо показывает, что наибольшее влияние на формирование атмосферных волн оказывает конвекция.
Экваториальный регион характеризуется колебаниями, имеющими временные масштабы около четырех лет (тропосферные Эль-Ниньо-Южные колебания (ENSO), около двух лет (стратосферные КБО), полгода (SAO в средней атмосфере) и более короткие периоды (тропосферные ISO и экваториальные волны). Хотя теоретические принципы взаимодействия волн и волн и средне-волн были установлены, идентификация фактических механизмов, которые производят видимые колебания, все еще остается спорной.
Например, Экваториальная область характеризуется колебаниями, имеющими временные масштабы около четырех лет (тропосферная Эль-Ниньо-Южная Осцилляция (ENSO), около двух лет (стратосферная QBO), полгода (SAO в средней атмосфере) и более короткие периоды (экваториальные волны ISO), а также тропосферные колебания.
В последнее время в связи с быстрым развитием методов наблюдений сигнатуры ЕНСО, КВО и т.д. наблюдаются также в мезосфере и нижних слоях термосферы. Хотя теоретические принципы взаимодействия волн и волн и средне-волн были установлены, идентификация фактических механизмов, которые производят видимые колебания, все еще остается спорной.
Изменчивость атмосферы и ее связь с солнечной активностью
В атмосфере Земли существуют два региона с переходной экономикой, в которых свойства атмосферы существенно меняются за пределами региональных границ. Один из них - это тропопауза, а другой - область мезопауза.
Сорта экваториальной динамики (такие как приливы и отливы и атмосферные гравитационные волны) привносят свои особенности в такие верхние атмосферные явления, как свечение воздуха и экваториальная электрореактивная струя (ЭРД), за пределы области мезопауза ( например, для аэрореактивного свечения приливного происхождения, для гравитационно-приливной свечи.
Перенос импульсов экваториальными волнами представляется особенно важным для создания КБО и САО в стратосфере и мезосфере. Однако виды волн, ответственные за КБО и САО, пока еще недостаточно изучены. Перенос момента суточным приливом достигает максимума на экваторе, а его рассеяние в нижней термосфере приводит к косвенной циркуляции, которая переносит нейтральные и ионизированные составляющие как вертикально, так и в более высокие широты.
Связь между стратосферой и тропосферой в период тропопаузы представляется чрезвычайно важной для обмена энергией, импульсами и компонентами, такими как H2O и O3 между двумя регионами . Кроме того, он играет ключевую роль в влиянии стратосферной циркуляции на КБО в тропосферы. Эффекты солнечной активности, такие как 27-дневное изменение солнечного ультрафиолетового потока и, следовательно, образование озона, наиболее легко наблюдаются в экваториальной области, поскольку там солнечный поток максимально увеличивается, а динамические помехи в аналогичных временных масштабах менее значительны.
Электродинамическая связь в экваториальной ионосфере
В ионосфере атмосферные волновые движения сочетаются с плазменной динамикой посредством электродинамических процессов. Динамика ионосферного ветра генерирует крупномасштабные электрические поля, которые вызывают плазменные дрейфы, формируя экваториальную (яблочковую) аномалию электронной плотности.
Сильные электрические поля и градиенты плотности плазмы, частично вызванные атмосферными гравитационными волнами, вызывают нестабильность, приводящую к неравномерному распределению плазмы в широком диапазоне пространственных масштабов.
Повседневная изменчивость ветров и электрических полей, связанная с изменчивостью атмосферных приливов, планетарных волн и гравитационных волн, вызывает изменчивость структуры, динамики и неоднородностей ионосферы, которая до сих пор остается мало изученной. Электродинамические эффекты различны в различных долготных секторах Земли, что обусловлено продольными колебаниями широты.
Поскольку физические модели позволяют моделировать свойства ионосферы, такие как изменение плотности электронов, неравномерности и геомагнитные изменения, наблюдения за этими величинами могут дать важную информацию о местных и глобальных свойствах атмосферных волн, проникающих в ионосферу. Экваториальная ионосфера также связана с высокоширотными районами, а также с плазменной и магнитосферой.
Магнитосферные электрические поля и токи в сочетании с токами в высокоширотной ионосфере могут проникать в экватор, особенно во время магнитных бурь, где они влияют на плотность ионосферных электронов, вызывая неравномерности плазмы и экваториальный ток. Плазменный массовый и энергетический обмен между ионосферой и плазмой важен для определения плотности ионосферных электронов, а электродинамическая связь ионосферы с плазмой влияет как на крупномасштабные, так и на мелкомасштабные электрические поля.