Solar-Terrestrial PhysicsSolar-Terrestrial PhysicsСолнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics2712-96401312110.12737/21465Результаты исследованийResults of current researchРезультаты исследованийLong-term variations in the neutral gas composition of the thermosphere over Norilsk (2003–2013)Долговременные изменения в нейтральном газовом составе термосферы над Норильском (2003–2013 гг.)КушнаренкоГалина ПетровнаKushnarenkoGalina Petrovnakusch@iszf.irk.ru
кандидат физико-математических наук;
candidate of physical and mathematical sciences;
ЯковлеваОльга ЕвгеньевнаYakovlevaOlga Evgenyevnayakovleva@iszf.ruКузнецоваГалина МихайловнаKuznetsovaGalina Mihaylovnakuz@iszf.irk.ruИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian Federation2812201628122016249297https://naukaru.ru/en/nauka/article/13121/view
Сезонные изменения относительных величин основных газовых составляющих термосферы [O]/[N2] и [O2]/[O] получены для ст. Норильск за период 2003–2013 гг. Оценки выполнены по методике авторов и по данным Норильского дигизонда (69° N, 88° E) для высот ниже максимума ионосферного слоя F1 в спокойных и возмущенных геомагнитных условиях для разных сезонов. Получено, что [O2]/[O] в спокойных и возмущенных геомагнитных условиях к концу 2013 г. уменьшается во все сезоны на 10–20 % по отношению к значениям 2003 г. Отношение [О]/[N2] для тех же условий увеличивается до 17 %.
Seasonal variations in relative values of the main gas components of the thermosphere [O]/[N2] and [O2]/[O] were received at the station Norilsk during the period 2003–2013. Estimates were made using a technique the authors developed and data from the Norilsk digisonde (69° N, 88° E) for heights below the ionospheric layer F1 maximum under quiet and disturbed geomagnetic conditions in different seasons. We established that the [O2]/[O] ratio in the quiet and disturbed geomagnetic conditions in all seasons by the end of 2013 decreased from 10 to 20 % relative to the values of 2003. The [O]/[N2] ratio for the same conditions increased to 17 %.
газовые составляющие термосферыгеомагнитные возмущениясезонные измененияthermospheric gas constituentsgeomagnetic disturbancesseasonal variations
ВВЕДЕНИЕНастоящее исследование является продолжением аналогичной работы, выполненной для ст. Иркутск [Кушнаренко и др., 2015].Изменчивость ионосферы ото дня ко дню обусловлена рядом факторов, основным из которых яв-ляется состояние нейтрального газа термосферы. Для средней ионосферы, на высотах которой располагается область F1, основным показателем состояния термосферы является газовый состав, характеризующийся в основном отношением концентраций атомных частиц кислорода к молекулам кислорода и азота. Имеющиеся методы определения основных газовых компонент и отношения атомарного кислорода к молекулярному азоту [O]/[N2] применимы в основном для высот выше максимума слоя F2 [Mordovskaya et al., 2010; Данилов, 1961].Влияние газового состава на величину электронной концентрации N и форму профиля высотного распределения N(h) особенно отчетливо проявляется на высотах слоя F1 ниже 200 км, где обычно выполняется условие фотохимического равновесия, поэтому поведение слоя F1 хорошо отражает изменения в газовом составе термосферы [Щепкин и др., 1997, 1998].Разработанная методика оценки состояния термосферы с использованием данных ионосферных измерений и полуэмпирической модели ионосферы (ПЭМ) [Щепкин и др., 1997] позволяет определять как ежедневные, так и осредненные по длительному периоду, относительные концентрации основных газовых частиц в различных условиях солнечной и геомагнитной активности [Щепкин и др., 2008, 2009] на высотах ниже максимума слоя F1.В работе исследовалось поведение отношений [O]/[N2] и [O2]/[O], полученных по методике авто-ров, в течение длительного периода спада, минимума и подъема солнечной активности (2003-2013 гг.) на ст. Норильск. Рассмотрены их сезонные изменения.
Данилов А.Д. О молекулярном азоте в верхней атмосфере // Искусственные спутники Земли. АН СССР. 1961. Вып. 10. С. 98-101.Danilov A.D. On the molecular nitrogen in the upper atmosphere. Iskustvennyie sputniki Zemli. AN SSSR [Artificial satel-lites]. 1961, iss. 10, pp. 98-101. (In Russian).Кушнаренко Г.П., Кузнецова Г.М., Колпакова О.Е. Оценки отношений основных газовых составляющих во время сильных и умеренных геомагнитных возмущений в период спада и минимума солнечной активности // Солнечно-земная физика. 2011. Вып. 19. С. 134-139.Goncharenko L., Salah J., Crowley G., Goncharenko L., Salah J., Crowley G., Paxton L.J., Zhang Y., Coster A., Rideout W., Huang C., Zhang S., Reinisch B., Taran V. Large variations in the thermosphere and ionosphere during minor geomagnetic disturbances in April 2002 and their association with IMF By. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, A03303. DOI: 10.1029/2004JA010683.Кушнаренко Г.П., Яковлева О.Е., Кузнецова Г.М. Долговременные изменения в нейтральном газовом составе термосферы над Иркутском // Солнечно-земная физика. 2015. Т. 1, № 4. С. 30-34. DOI: 10.12737/13457.Hedin A.E. MSIS-86 thermospheric model. J. Geophys. Res. 1987, vol. 92, no. A5, pp. 4649-4662.Щепкин Л.А., Кузнецова Г.М., Кушнаренко Г.П. Оценки относительного содержания атомов и молекул кисло-рода на высоте 120 км по данным ионосферных измерений // Геомагнетизм и аэрономия. 2009. Т. 49, № 4. С. 350-353.Kushnarenko G.P., Kuznetsova G.M., Kolpakova O.E. Estimates of ratios of major gas components during strong and moderate geomagnetic disturbances at descending phase of solar activity and in solar minimum. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2011, vol. 19, pp. 134-139. (In Russian).Щепкин Л.А., Кушнаренко Г.П., Кузнецова Г.М. Возможность оценок относительного содержания атомов и молекул кислорода по данным измерений электронной концентрации в средней ионосфере // Геомагнетизм и аэ-рономия. 2008. Т. 48, № 1. С. 129-133.Kushnarenko G.P., Yakovleva O.E., Kuznetsova G.M. Long-term variations in neutral gas composition of the thermo-sphere above Irkutsk. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2015, vol. 1, no. 4, pp. 30-34. (In Russian). DOI: 10.12737/13457.Щепкин Л.А., Кушнаренко Г.П., Кузнецова Г.М., Фрейзон И.А. Зависимость параметров средней ионосферы от солнечной и геомагнитной активностей. 1. Степень развития слоя F1 // Геомагнетизм и аэрономия. 1998. Т. 38, № 5. С. 72-76.Mordovskaya V.G., Ignatyev A.P., Boldyrev S.I., Kolomiitsev O.P. Method of monitoring atomic oxygen and molecular nitrogen composition in the upper atmosphere on XUV images of the Sun. Geomagnetism and Aeronomy. 2010, vol. 50, no. 5, pp. 679-685.Щепкин Л.А., Кушнаренко Г.П., Фрейзон И.А., Кузнецова Г.М. Связь электронной концентрации в средней ионосфере с состоянием термосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т. 37, № 5. С. 106-113.Shchepkin L.A., Kuznetsova G.M., Kushnarenko G.P. Estimates of the relative abundance of atomic and molecular oxygen at 120 km from ionospheric measurements. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2009, vol. 49, no. 4, pp. 350-353. (In Russian).Goncharenko L., Salah J., Crowley G., et al. Large variations in the thermosphere and ionosphere during minor geo-magnetic disturbances in April 2002 and their association with IMF By // J. Geophys. Res. 2006. V. 111, A03303. DOI: 10.1029/ 2004JA010683.Shchepkin L.A., Kushnarenko G.P., Kuznetsova G.M. The possibility of estimating the relative abundance of atomic and molecular oxygen from electron density measurements in the middle ionosphere. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2008, vol. 48, no. 1, pp. 129-133. (In Russian).Hedin A.E. MSIS-86 thermospheric model // J. Geophys. Res. 1987. V. 92, N A5. P. 4649-4662.Shchepkin L.A., Kushnarenko G.P., Kuznetsova G.M., Freizon I.A. Correlation of the middle ionosphere parameters with solar and geomagnetic activities. 1. The development degree of the F1 layer. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1998, vol. 38, no. 5, pp. 72-76. (In Russian).Mordovskaya V.G., Ignatyev A.P., Boldyrev S.I., et al. Method of monitoring atomic oxygen and molecular nitrogen composition in the upper atmosphere on XUV images of the Sun // Geomagnetism and Aeronomy. 2010. V. 50, N 5. P. 679-685.Shchepkin L.A., Kushnarenko G.P., Freizon I.A., Kuznetsova G.M. The connection of electron density in the middle ionosphere with thermospheric conditions. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy].1997, vol. 37, no. 5, pp. 106-113. (In Russian).Tobiska W.K., Eparvier F.G. EUV97: Improvements to EUV irradiance modeling in the soft X-rays and EUV // Solar Phys. 1998. V. 147, N 1. P. 147-159.Tobiska W.K., Eparvier F.G. EUV97: Improvements to EUV irradiance modeling in the soft X-rays and EUV. Solar Phys. 1998, vol. 147, no. 1, pp. 147-159.URL: http://guvi.jhuapl.edu/ (дата обращения 10 января 2016 г.).URL: http://guvi.jhuapl.edu/ (accessed January 10, 2016).URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/ (дата обращения 10 января 2016 г.).URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/ (accessed January 10, 2016).