Solar-Terrestrial Physics Solar-Terrestrial Physics Солнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics 2712-9640 67087 10.12737/szf-94202312 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Photodetachment rates for O⁻ and O₂⁻ in the D layer of the ionosphere as function of solar zenith angle and solar activity Расчеты фотоотлипания электронов от О⁻ и О₂⁻ в области D ионосферы в зависимости от высоты, зенитного угла и активности Солнца Козлов Станислав Иванович Kozlov Stanislav Ivanovich s_kozlov@inbox.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Ляхов Андрей Николаевич Lyakhov Andrey Nikolaevich alyakhov@idg.chph.ras.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Научно-исследовательский испытательный центр ЦНИИ ВКС МО РФ Москва Россия Central Research Institute of Aerospace Forces, Ministry of Defense of the Russian Federation Moscow Russian Federation Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН Москва Россия Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics RAS Moscow Russian Federation Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН Москва Россия Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics RAS Moscow Russian Federation 20 12 2023 20 12 2023 9 4 104 107 03 07 2023 05 09 2023 https://naukaru.ru/en/nauka/article/67087/view

Представлены результаты расчетов коэффициентов фотоотлипания электронов от ионов О⁻ и О₂⁻ в области D ионосферы, основанные на последних измерениях сечений фотоотлипания. Расчеты выполнены для стандартной атмосферы с помощью программного кода TUV (Terrestrial UltraViolet). Получены зависимости коэффициентов фотоотлипания от высоты и зенитного угла Солнца. Нелинейный характер этих зависимостей приведет к аналогичному изменению роли процессов фотоотлипания в зависимости от высоты и солнечного зенитного угла в сравнении с другими процессами в средней атмосфере и нижней ионосфере, в особенности в сумеречных условиях. Вычисления с использованием экспериментальных спектров солнечного излучения за 2011–2020 гг., проведенные для дней зимнего и летнего солнцестояний и весеннего и осеннего равноденствий, не показали количественно значимого различия коэффициентов фотоотлипания от отрицательных ионов О⁻ и О₂⁻ в области D ионосферы.

We present the results of calculation of photodetachment rates for negative ions in the D layer of the ionosphere, using recent photodetachment cross-section measurements. The calculations have been made for the standard atmosphere by means of the TUV (Terrestrial UltraViolet) code. We have obtained dependences of the photodetachment rates on altitude and solar zenith angle. The nonlinear nature of these dependences causes similar variations in the role of the photodetachement processes with altitude and solar zenith angle as compared to other processes in the middle atmosphere and the lower ionosphere, especially under terminator conditions. Calculations with solar spectrum for 2011–2020 for the summer/winter solstice and the spring/autumn equinox have shown no quantitative difference between the photodetachement rates for ions in the D layer of the ionosphere.

 ионосфера D-слой фотоотлипание ionosphere D layer photodetachment Работа поддержана Минобрнауки России (FNWM-2022-0021) The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (FNWM-2022-0021)

Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 412 с. Atmospheric Ozone. World Meteorological Organization. Global Ozone Research and Monitoring Project Report No. 16. 1985, 392 p. Данилов А.Д., Власов М.Н. Фотохимия ионизованных и возбужденных частиц в нижней ионосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 190 с. Bekker S.Z., Kozlov S.I., Kudryavcev V.P. Comparison and verification of the different schemes for the ionization-recombination cycle of the ionospheric D-region. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2022, vol. 127, iss. 10, e2022JA030579. DOI: 10.1029/2022JA030579. Козлов С.И. Аэрономия искусственно возмущенных атмосферы и ионосферы Земли. М.: Торус Пресс, 2021. 298 с. Brasseur G.P., Solomon S. Aeronomy of the Middle Atmosphere. Chemistry and Physics of the Stratosphere and Mesosphere. 3rd ed. Dordrecht, Springer, 2005, 651 p. Козлов С.И., Беккер С.З., Ляхов А.Н., Николайшвили С.Ш. Полуэмпирический приближенный метод исследования некоторых вопросов аэрономии области D ионосферы. I. Основные принципы разработки метода и базовые уравнения. Геомагнетизм и аэрономия. 2022. Т. 62, № 5. С. 653-660. Danilov A.D., Vlasov M.N. Fotokhimiya ionizovannykh i vozbuzhdennykh chastits v nizhnei ionosfere [Photochemistry of Ionized and Excited Particles in the Lower Ionosphere]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1973, 190 p. (In Russian). Мак-Ивен М., Филлипс Л. Химия атмосферы. М.: Мир, 1978. 375 с. Elterman L. UV, Visible, and IR attenuation for altitudes to 50 km, 1968. Air Force Cambridge Research Laboratories, Office of Aerospace Research, United States Air Force, 1968, 49 p. Месси Г. Отрицательные ионы. М.: Мир, 1979. 754 с. Hasted J.B. Physics of Atomic Collisions. Washington, Butterworths, 1964, 536 p. Митра А.П. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли. М.: Мир, 1977. 370 с. Janalizadeh R., Pasko V.P. A framework for efficient calculation of photoionization and photodetachment rates with application to the lower ionosphere. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020, vol. 125, iss. 7, e2020JA027979. DOI: 10.1029/2020JA027979. Смирнов Б.М. Отрицательные ионы. М.: Атомиздат, 1978. 176 с. Kozlov S.I. Aeronomiya iskusstvenno vozmushchennykh atmosfery i ionosfery Zemli [Aeronomy of the artificially disturbed Earth’s atmosphere and ionosphere]. Moscow, Torus Press, 2021, 298 p. (In Russian). Смирнов Б.М. Комплексные ионы. М.: Наука, 1983. 149 с. Kozlov S.I., Bekker S.Z., Lyakhov A.N., Nikolaishvili S.Sh. A Semiempirical Approximate Method for Investigating Some Problems of the Aeronomy of the D-Region of the Ionosphere. I. Basic Principles of Method Development and Basic Equations. Geomagnetism and Aeronomy. 2022, vol. 62, no. 5, rr. 607-613. Уиттен Р., Поппов И. Основы аэрономии. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 406 с. McEwan M.J., Phillips L.F. Chemistry of the Atmosphere. New York, J. Wiley & Sons, 1975, 301 p. Хастед Дж. Физика атомных столкновений. М.: Мир, 1965. 710 с. Madronich S. UV radiation in the natural and perturbed atmosphere. Environmental Effects of UV (Ultraviolet) Radiation. Boca Raton, Lewis Publ., 1993, pp. 17-69. Atmospheric Ozone. World Meteorological Organization. Global Ozone Research and Monitoring Project Report No. 16. 1985. 392 p. Madronich S., Flocke S. The role of solar radiation in atmospheric chemistry. Handbook of Environmental Chemistry. Vol. 2, part L. Heidelberg, Springer-Verlag, 1998, pp. 1-26. Bekker S.Z., Kozlov S.I., Kudryavcev V.P. Comparison and verification of the different schemes for the ionization-recombination cycle of the ionospheric D-region. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2022. Vol. 127, iss.10, e2022JA030579. DOI: 10.1029/2022JA030579. Massey H. Negative Ions. 3rd ed. Cambridge University Press, 1976, 760 p. Elterman L. UV Visible, and IR attenuation for altitudes to 50 km, 1968. Air Force Cambridge Research Laboratories, Office of Aerospace Research, United States Air Force, 1968. 49 p. Mitra A.P. Ionospheric Effects of Solar Flares. D. Reidel Publishing Company, 1974, 294 p. Janalizadeh R., Pasko V.P. A framework for efficient calculation of photoionization and photodetachment rates with application to the lower ionosphere. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020. Vol. 125, iss. 7, e2020JA027979. DOI: 10.1029/2020JA027979. NOAA Climate Data Record (CDR) of Solar Spectral Irradiance (SSI), NRLSSI Version 2.1. 2020. DOI: 10.7289/V53776SW. Madronich S. UV radiation in the natural and perturbed atmosphere. Environmental Effects of UV (Ultraviolet) Radia-tion. Boca Raton, Lewis Publ., 1993. P. 17-69. Smirnov B.M. Otritsatelnye iony [Negative ions]. Moscow, Atomizdat, 1978, 176 p. (In Russian). Madronich S., Flocke S. The role of solar radiation in atmospheric chemistry. Handbook of Environmental Chemistry. Vol. 2, part L. Heidelberg, Springer-Verlag, 1998. P. 1-26. Smirnov B.M. Kompleksnye iony [Complex ions]. Moscow, Nauka Publ., 1983, 149 p. (In Russian). NOAA Climate Data Record (CDR) of Solar Spectral Irradiance (SSI), NRLSSI Version 2.1. 2020. DOI: 10.7289/V53776SW. Stamnes K., Tsay S., Wiscombe W.J., Jayaweera K. Numerically stable algorithm for discrete-ordinate-method radiative transfer in multiple scattering and emitting layered media, Appl. Optics. 1988, vol. 27, iss. 12, pp. 2502-2509. Stamnes K., Tsay S., Wiscombe W.J., Jayaweera K., Numerically stable algorithm for discrete-ordinate-method radiative transfer in multiple scattering and emitting layered media. Appl. Optics. 1988. Vol. 27, iss. 12. P. 2502-2509. Whitten R.G., Poppoff I.G. Fundamentals of Aeronomy. J. Wiley & Sons, 1971, 446 p.