сотрудник с 01.01.2016 по настоящее время
Якутск, Республика Саха (Якутия), Россия
Якутск, Россия
Якутск, Россия
Якутск, Россия
сотрудник с 01.01.2011 по настоящее время
Якутск, Республика Саха (Якутия), Россия
С 2015 г. ведутся одновременные наблюдения температуры высокоширотной мезо-паузы (87 км) на станциях Маймага (63.04° N, 129.51° E) и Тикси (71.58° N, 128.77° E). Регистрация спектров на обеих станциях осуществляется с помощью светочувствительных инфракрасных спектрографов Shamrock (Andor), регистрирующих полосу ОН (3, 1) в ближней инфракрасной области (около 1.5 мкм). Исследуются данные по температуре, полученные за сезоны с 2015 по 2017 г. на станциях Маймага и Тикси. В качестве характеристики ночной волновой активности приняты стандартные отклонения σ температуры от ее средненочного значения. Выделены стандартные отклонения σgw температуры, соответствующие внутренним гравитационным волнам (ВГВ), и σtd, соответствующие приливным волнам. В Тикси и Маймаге в течение двух сезонов одновременных наблюдений средненочные вращательные температуры гидроксила почти совпадают, а сезонные вариации гравитационных и приливных компонент подобны.
высокоширотная мезопауза, излучение гидроксила, внутренние гравитационные волны, приливные волны
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время мезопауза, являясь пограничной областью (80–100 км) между мезосферой и термосферой, где находится температурный минимум атмосферы, вызывает все больший интерес к ее исследованию. Это связано с тем, что область мезо-паузы активно взаимодействует с солнечным радиационным излучением, приходящим сверху, и с широким спектром волн, распространяющихся вверх из нижних слоев атмосферы [Брасье, Соломон, 1987].
Волновая активность вносит существенный вклад в температурный режим мезопаузы. Приливы обусловливают адиабатическое сжатие и расширение области мезопаузы, соответственно вызывая разогрев или охлаждение окружающей среды [Чепмен, Линдзен, 1972; Брасье, Соломон, 1987]. ВГВ, распространяясь вверх из нижних слоев атмосферы, осуществляют перенос импульса и энергии в мезосферу и термосферу. На высоте мезопаузы из-за ветрового сдвига ВГВ подвергаются спектральной фильтрации и поглощаются, вызывая разогрев в данной области [Hines, 1974]. Амплитуды ВГВ и приливных волн возрастает с высотой из-за уменьшения плотности атмосферы, благодаря чему появляется возможность их обнаружения в верхних слоях атмосферы.
На высотах мезосферы и нижней термосферы волновую активность исследуют как методом спутниковых измерений, так и с помощью наземных наблюдений. Наиболее распространенными и доступными среди наземных методов являются спектральные наблюдения эмиссий гидроксила OH (3, 1), которые возбуждаются в области мезопаузы. По многочисленным ракетным измерениям известно, что эмиссионный слой находится на высоте ~87 км и имеет полушириу ~9 км [Baker, Stair, 1988]. Однако высота излучающего слоя в зависимости от сезона и прохождения волн через него может меняться [Takano et al., 1990; Yee et al., 1997; Zhang, Shepherd, 1999]. Вращательная температура, определяемая по распределению интенсивности в полосе гидроксила (ОН), является близкой к кинетической температуре нейтрального газа на высоте излучения [Шефов и др., 2006; Noll et al., 2015]. В настоящее время этот метод широко применяется в наблюдениях международной сети станций мониторинга состояния мезо-паузы NDMC (Network for the Detection of Mesopause Change).
Большое количество исследований волновой активности на высоте мезопаузы по наблюдениям излучения гидроксила проводилось на средних широтах [Offermann et al., 2011; Перминов и др., 2013; Perminov et al., 2014]. В то же время имеется недостаток подобных исследований на высоких широтах. Поэтому большой интерес представляют поведение температуры и волновая активность высокоширотной мезопаузы. В данной работе представлены исследования температуры и ее стандартных отклонений σ от средненочных значений в области мезопаузы по измерениям на высокоширотных станциях Маймага (63.04° N, 129.51° E) и Тикси (71.58° N, 128.77° E).
1. Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 413 с. ISBN ВВН 0342-БН2-190518-04.
2. Перминов В.И., Медведева И.В., Семенов А.И. Изменчивость температуры в области мезопаузы по среднеширотным измерениям гидроксильного излучения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10, № 1. С. 134-141.
3. Чепмен С., Линдзен Р. Атмосферные приливы. М.: Мир, 1972. 295 с.
4. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Изучение верхней атмосферы - индикатор ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 2006. 741 c. ISBN 5-89118-330-7
5. Ammosov P.P., Gavrilyeva G.A. Infrared digital spectrograph for measuring hydroxyl rotational temperature // Prib. Tekh. Eksp. 2000. V. 43, N 6. P. 73-78.
6. Ammosov P.P., Gavrilyeva G.A. Infrared digital spectrograph for hydroxyl rotational temperature measurements // Instruments and Experimental Techniques. 2000. V. 43. P. 792-797.
7. Baker D.J., Stair A.T., Jr. Rocket measurements of the altitude distributions of the hydroxyl airglow // Physica Scripta. 1988. V. 37. P. 611-622. DOI:https://doi.org/10.1088/0031-8949/37/4/021.
8. Gavrilyeva G.A., Ammosov P.P. Seasonal variation in the mesopause temperature over Yakutsk (63° N, 129.5° E) // Geomagnetism and Aerononomy. 2002. V. 42, N 2. P. 267-271.
9. Goldman A., Schoenfeld W.G., Goorvitch D., et al. Updated line parameters for OH X2П-X2П (v″, vʹ) transitions // J. of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 1998. V. 59. P. 453-469. DOI:https://doi.org/10.1016/S0022-4073(97)00112-X.
10. Hines C.O. The upper atmosphere in motion. AGU. Washington D.C., 1974. 1027 p. ISBN 0875900186.
11. Mies F.H. Calculated vibrational transition probabilities of OH(X2Π) // J. Molecular Spectroscopy. 1974. V. 53, N 2. P. 150-180. DOI:https://doi.org/10.1016/0022-2852(74)90125-8.
12. Noll S., Kausch W., Kimeswenger S., et al. OH populations and temperatures from simultaneous spectroscopic observations of 25 bands // Atmospheric Chemistry and Physics. 2015. V. 15. P. 3647-3669. DOI:https://doi.org/10.5194/acp-15-3647-2015
13. Offermann D., Gusev O., Donner M., et al. Relative intensities of middle atmosphere waves // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. P. D06110. DOI:https://doi.org/10.1029/2008JD010662.
14. Offermann D., Hoffmann P., Knieling P., et al. Long-term trends and solar cycle variations of mesospheric temperature and dynamics // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. Iss. D18. CiteID D18127. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JD013363.
15. Offermann D., Wintel J., Kalicinsky C., et al. Long-term development of short-period gravity waves in middle Europe // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. Iss. D4. P. D00P07. DOI:https://doi.org/10.1029/2010JD015544.
16. Perminov V.I., Semenov A.I., Medvedeva I.V., Pertsev N.N. Temperature variations in the mesopause region according to the hydroxyl-emission observations at midlatitudes // Geomagnetism and Aeronomy. 2014. V. 54, N 2. P. 230-239. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793214020157.
17. Takano M., Watanabe T., Nakamura M. Rocket measurements of O2 atmospheric (0-0) and OH Meinel bands in the night airglow // J. Geomagn. Geoelectr. 1990, V. 42. P. 1193-1208. DOI:https://doi.org/10.5636/jgg.42.1193.
18. van der Loo M.P.J., Groenenboom G.C. Theoretical transition probabilities for the OH Meinel system // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. P. 114314. DOI:https://doi.org/10.1063/1.2646859.
19. Yee J.H., Growley G., Roble R.G., et al. Global simulations and observations of O(1S), O2(1Σ), and OH mesospheric nightglow emissions // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. Iss. A9. P. 19949-19968. DOI:https://doi.org/10.1029/96JA01833.
20. Zhang S.P., Shepherd G.G. The influence of the diurnal tide on the O(1S) and OH emission rates observed by WINDII on UARS // Geophys. Res. Let. 1999. V. 26. Iss. 4. P. 529-532. DOI:https://doi.org/10.1029/1999GL900033.
