employee from 01.01.2016 until now
Yakutsk, Yakutsk, Russian Federation
Yakutsk, Russian Federation
Yakutsk, Russian Federation
Yakutsk, Russian Federation
employee from 01.01.2011 until now
Yakutsk, Yakutsk, Russian Federation
Since 2015, simultaneous observations of temperature of the high-latitude mesopause (87 km) have been made at Maimaga (63.04° N, 129.51° E) and Tiksi (71.58° N, 128.77° E) stations. These stations record spectra with Shamrock (Andor) photosensitive infrared spectrographs detecting the OH (3, 1) band in the near-infrared region (about 1.5 μm). We analyze temperature data obtained in observation seasons from 2015 to 2017. Standard deviations of temperature σ from its mean values are taken as characteristics of wave activity at night. We have obtained standard temperature deviations corresponding to internal gravity waves (IGW) (σgw) and tidal waves (σtd). Mean night rotational temperatures of hydroxyl emission almost coincide, and seasonal variations of gravity and tidal waves have a similar form during two seasons of simultaneous observations at Tiksi and Maimaga.
high-latitude mesopause, hydroxyl emission, internal gravity waves, tidal waves
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. Ammosov P.P., Gavrilyeva G.A. Infrared digital spectrograph for measuring hydroxyl rotational temperature. Prib. Tekh. Eksp. 2000, vol. 43, no. 6, pp. 73-78.
2. Ammosov P.P., Gavrilyeva G.A. Infrared digital spectrograph for hydroxyl rotational temperature measurements // Instruments and Experimental Techniques. 2000. V. 43. P. 792-797.
3. Baker D.J., Stair A.T. Rocket measurements of the altitude distributions of the hydroxyl airglow. Physica Scripta. 1988, vol. 37, pp. 611-622. DOI:https://doi.org/10.1088/0031-8949/37/4/021.
4. Brasseur G., Solomon S. Aeronomy of the middle atmosphere. Dordrecht-Boston-Lancaster, D. Reidel Pub. Co., 1984, 441 p. DOI:https://doi.org/10.1002/qj.49711146917.
5. Chapman S., Lindzen R. Atmospheric tides. D. Reidel Pub. Co. Dordrecht, 1970, 200 p.
6. Gavrilyeva G.A., Ammosov P.P. Seasonal variation in the mesopause temperature over Yakutsk (63°N, 129.5°E). Geomagnetism and Aeronomy. 2002, vol. 42, no. 2, pp. 267-271.
7. Goldman A., Schoenfeld W. G., Goorvitch D., Chackerian Jr.C., Dothe H., Mélen F., Abrams M.C., Selby J.E. A. Updated line parameters for OH X2P-X2P (v″, vʹ) transitions. J. of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 1998, vol. 59, pp. 453-469. DOI:https://doi.org/10.1016/S0022-4073(97)00112-X.
8. Hines C.O. The upper atmosphere in motion. AGU. Washington D.C., 1974. 1027 p. ISBN 0875900186.
9. Mies F.H. Calculated vibrational transition probabilities of OH(X2Π). J. Molecular Spectroscopy. 1974, vol. 53, no. 2, pp. 150-180. DOI:https://doi.org/10.1016/0022-2852(74)90125-8.
10. Noll S., Kausch W., Kimeswenger S., Unterguggenberger S., Jones A. M. OH populations and temperatures from simultaneous spectroscopic observations of 25 bands. Atmospheric Chemistry and Physics. 2015, vol. 15, pp. 3647-3669. DOI:https://doi.org/10.5194/acp-15-3647-2015.
11. Offermann D., Gusev O., Donner M., Forbes J.M., Hagan M., Mlynczak M.G., Oberheide J., Preusse P., Schmidt H., Russell J.M. III. Relative intensities of middle atmosphere waves. J. Geophys. Res. 2009, vol. 114, p. D06110. DOI:https://doi.org/10.1029/2008JD010662.
12. Offermann D., Hoffmann P., Knieling P., Koppmann R., Oberheide J. Long-term trends and solar cycle variations of mesospheric temperature and dynamics. J. Geophys. Res. 2010, vol. 115, iss. D18, CiteID D18127. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JD013363.
13. Offermann D., Wintel J., Kalicinsky C., Knieling P., Koppmann R., Steinbrecht W. Long-term development of short-period gravity waves in middle Europe. J. Geophys. Res. 2011, vol. 116, iss. D4, p. D00P07. DOI:https://doi.org/10.1029/2010JD015544.
14. Perminov V.I., Medvedeva I.V., Semenov A.I. Temperature variability in the mesopause region from midlatitude measurements of the hydroxyl emission. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zermli iz kosmosa [Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space]. 2013, vol. 10, no. 1, pp. 134-141. (In Russian).
15. 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, vol. 54, no. 2, pp. 230-239. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793214020157.
16. Shefov N.N., Semenov A.I., Khomich V.Yu. Izuchenie verkhnei atmosfery - indikator ee struktury i dinamiki [Research into the upper atmosphere as an indicator of its structure and dynamics]. Moscow, GEOS Publ., 2006. 741 p. (In Russian).
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, vol. 42, pp. 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, vol. 126, p. 114314. DOI:https://doi.org/10.1063/1.2646859.
19. Yee J.H., Growley G., Roble R.G., Skinner W.R., Burrage M.D., Hays P.B. Global simulations and observations of O(1S), O2(1Σ), and OH mesospheric nightglow emissions. J. Geophys. Res. 1997, vol. 102, iss. A9, pp. 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, vol. 26, iss. 4, pp. 529-532. DOI:https://doi.org/10.1029/1999GL900033.
