![Сезонные и межгодовые вариации атмосферной эмиссии [OI] 630 нм по данным наблюдений в регионе Восточной Сибири в 2011–2017 гг.](/upload/import_cover/journal/9916d7636b0de85194c164dd7fe26fb2.jpg)
Иркутск, Россия
По результатам наблюдений собственного излучения верхней атмосферы Земли в регионе Восточной Сибири исследован сезонный ход и межгодовые вариации атмосферной эмиссии атомарного кислорода [OI] 630 нм. Среди особенностей сезонного хода этой эмиссии отмечены выраженный летний максимум, осенний минимум и сильная межгодовая изменчивость в зимние месяцы, а также увеличение коэффициента корреляции со среднемесячным значением индекса солнечной активности F10.7 в периоды, близкие к равноденствиям. Рассмотрены возможные причины и явления, включая солнечную активность, которые формируют сезонный ход и межгодовые вариации атмосферной эмиссии 630 нм. В работе использовались данные наблюдений, выполненных в Геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН (52° N, 103° E) в 2011–2017 гг.
собственное свечение атмосферы, эмиссия 630 нм, сезонный ход и межгодовые вариации, солнечная активность
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее интенсивной эмиссией ионосферной F-области в видимой части спектра является запрещенная линия атомарного кислорода [OI] (1D) 630 нм. Ночью в средних широтах в спокойных геомагнитных условиях основным процессом возбуждения эмиссии 630 нм является реакция диссоциативной рекомбинации ионов молекулярного кислорода О2+ и окиси азота NO+ [Bates, 1978; Фишкова, 1983]. Заселение уровня [OI] (1D) и высвечивание эмиссии 630 нм в реакции с участием иона молекулярного кислорода О2+ происходит в цепочке следующих реакций:
O++O2→O2++O,
O2++e–→O*(1D)+O,
O*(1D)→O(3P)+hν(630.0 нм).
Эмиссия 630 нм наблюдается в F-области ионосферы (~200–300 км) и имеет схожий с электронной плотностью Ne высотный профиль на высотах ее высвечивания. В силу приближения [O+]~Ne эта эмиссия часто рассматривается как чувствительный индикатор электронной плотности и динамики верхней атмосферы при гелиогеофизических возмущениях и явлениях различной природы, таких как среднеширотные сияния [Михалев и др., 2004], перемещающиеся ионосферные возмущения в слое F [Adachi et al., 2011].
Первые исследования межгодовых и многолетних вариаций среднеширотных эмиссий верхней атмосферы относятся к 20–30-м гг. прошлого столетия [Lord Rayleigh, Jones, 1935]. Наиболее полные данные о многолетних вариациях атмосферных эмиссий получены во второй половине ХХ в. (см., например, [Fukuyama, 1977]) и охватывают около пяти солнечных циклов (18–22-й солнечные циклы). В настоящее время можно считать установленным фактом, что многолетние вариации атмосферных эмиссий в линиях атомарного кислорода 557.7 нм (высоты высвечивания 85–115 км) и 630 нм (180–250 км) зависят от уровня солнечной активности. В разных солнечных циклах степень проявления эффектов солнечной активности в указанных атмосферных эмиссиях может быть различной [Гивишвили и др., 1996; Михалев и др., 2008]. В связи с этим особый интерес представляют вариации характеристик верхней атмосферы, включая собственное излучение, в условиях аномальной солнечной активности в 24-м цикле, который отличается крайне низким уровнем солнечной активности по сравнению с предыдущими циклами [http://spaceweathernews.com]. Регулярные аппаратурные наблюдения собственного излучения верхней атмосферы охватывают всего пять-шесть последних солнечных циклов, и данных о поведении эмиссии 630 нм в пределах солнечного цикла с такими характеристиками до сих пор не было. Вероятно, важными являются и наблюдаемые в последние десятилетия климатические изменения, которые коснулись и параметров верхней атмосферы, включая собственное излучение [Шефов и др., 2006а]. Последнее обстоятельство предполагает выяснение вопроса стабильности (или изменчивости) основных характеристик эмиссии 630 нм в разные фазы наблюдаемых климатических изменений.
В настоящей работе представлены результаты исследования сезонного хода и межгодовых вариаций атмосферной эмиссии [OI] 630 нм за период 2011–2017 гг., охватывающий фазы роста, максимумов и спада 24-го солнечного цикла. Исследования основаны на данных наблюдений в Геофизической обсерватории (ГФО) ИСЗФ СО РАН (52° N; 103° E), расположенной регионе Восточной Сибири (Тункинская долина, с. Торы).
1. Гивишвили Г.В., Лещенко Л.Н., Лысенко Е.В. и др. Многолетние тренды некоторых характеристик земной атмосферы. Результаты измерений // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1996. Т. 32, № 3. C. 329-339.
2. Коробейникова М.Л., Насыров Г.А. Структурные особенности эмиссии λ 6300 Å // Геофизический бюллетень. М.: Наука, 1974. № 27. С. 35-39.
3. Михалев А.В. Особенности сезонного хода атмосферной эмиссии [OI] 557.7 нм // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30, № 4. С. 296-300.
4. Михалев А.В., Белецкий А.Б., Костылева Н.В., Черниговская М.А. Среднеширотные сияния на юге Восточной Сибири во время больших геомагнитных бурь 29-31 октября и 20-21 ноября 2003 г. // Космические исследования. 2004. Т. 42, № 6. С. 616-621.
5. Михалев А.В., Медведева И.В., Костылева Н.В., Стоева П. Проявление солнечной активности в вариациях атмосферных эмиссий 557.7 нм и 630 нм в 23 солнечном цикле // Оптика атмосферы и океана. 2008. Т. 21, № 5. С. 425-431.
6. Торошелидзе Т.И. Анализ проблем аэрономии по излучению верхней атмосферы. Тбилиси: Мецниереба, 1991. 216 с.
7. Трутце Ю.Л., Белявская В.Д. Красная кислородная эмиссия 6300 Å и плотность верхней атмосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1975. Т. 15, № 1. С. 101-104.
8. Фишкова Л.М. Ночное излучение среднеширотной верхней атмосферы Земли. Тбилиси: Мецниереба, 1983. 271 с.
9. Фишкова Л.М., Марцваладзе Н.М., Шефов Н.Н. Сезонные вариации зависимости эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм от солнечной активности и многолетнего тренда // Геомагнетизм и аэрономия. 2001. Т. 41, № 4. С. 557-562.
10. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы - индикатор ее структуры и динамики. Москва: ГЕОС, 2006а. 741 с.
11. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Юрченко О.Т. Эмпирическая модель вариаций эмиссии атомарного кислорода 630 нм. 1. Интенсивность // Геомагнетизм и аэрономия. 2006б. Т. 46, № 2. С. 250-260.
12. Adachi T., Otsuka Y., Yamaoka M., et al. First satellite-imaging observation of medium-scale traveling ionospheric disturbances by FORMOSAT-2/ISU¬AL // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. L04101. DOI:https://doi.org/10.1029/2010GL046268.
13. Barbier D. Variations de l’intensite des principales radiations de la luminescence atmospherique nocturne avec le cycle solaire // Ann. Geophys. 1965. V. 21. P. 265-274.
14. Bates D.R. Forbidden oxygen and nitrogen lines in the nightglow // Planet. Space Sci. 1978. V. 26, N 10. P. 897-912.
15. Lord Rayleigh, Jones S.H. The light of the night sky: analysis of the intensity variations at three stations // Proc. Roy. Soc. 1935. V. 151, N A872. P. 22-55.
16. Fukuyama K. Airglow variations and dynamics in the lower thermosphere and upper mesosphere II. Seasonal and long-term variations // J. Atmos. Terr. Phys. 1977. V. 39, N 1. P. 1-14.
17. URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/spectr (дата обращения 15 марта 2018 г.).
18. URL: http://spaceweathernews.com (дата обращения 15 марта 2018 г.).
