ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 1, с. 107-110
УДК 550.388
ОРОГРАФИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ВАРИАЦИИ ИНТЕНСИВНОСТИ ЭМИССИИ АТОМАРНОГО КИСЛОРОДА 557.7 нм
© 2007 г. Г. А. Насыров
Украина, А Р. Крым, Феодосия
e-mail: nasyrovy@mail.ru Поступила в редакцию 17.11.2005 г.
На основе измерений пространственного распределения интенсивности эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм, проводившихся на ст. Ванновский Физико-технического института АН Туркм. ССР, впервые выявлены пространственные вариации, обусловленные ВГВ, генерируемыми в тропосфере при обтекании хребта Копет-Даг воздушным потоком.
PACS: 92.60.hw; 92.60.Vb
1. ВВЕДЕНИЕ
Воздействие волновых процессов в тропосфере, возникающих при взаимодействии потока ветра с препятствием рельефа, уже исследовалось на основе измерений характеристик гидроксильного излучения в районе Кавказа [Суходоев и др., 1989; Шефов и др., 1999; й а1., 2000]. Было пока-
зано, что в подветренной области хребта на высотах мезопаузы происходит возмущение, которое имеет ширину около 300 км и расположено параллельно горному хребту. Излучающий слой, по характеристикам эмиссий которого определяется результат воздействия внутренних гравитационных волн, генерируемых в тропосфере порывами ветра [Чунчузов, 1988] при обтекании рельефа гор воздушным потоком, опускается на несколько километров. Это приводит к росту интенсивности излучения, что согласуется с данными многолетних исследований.
На ст. Ванновский (38.0°1Ч, 58.4°Е) Физико-технического института АН Туркм. ССР в 19641966 гг. проводились регулярные измерения пространственного распределения интенсивности излучения эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм. Данные измерений и результаты анализа пятнистой структуры опубликованы в работах [Коро-бейникова и др., 1966; 1984; Коробейникова и Насыров, 1972, 1975]. Измерения проводились при помощи сканирующего фотометра, данные которого опубликованы в ряде работ [Коробейникова и Насыров, 1972; Насыров, 2003]. Данные измерений были получены в период минимума солнечной активности (^10.7 = 72 ± 5). Поскольку не происходило геомагнитных бурь в дни, предшествующие использовавшимся данным измерений, то отсутствовали возмущения, обусловленные распространением из зоны сияний композиционных
волн [Насыров, 1970]. В данной работе проведен анализ этого материала с целью выявления орографических возмущений в области нижней термосферы.
2. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЙ
Результаты, полученные при уже проводившихся исследованиях орографически возмущенных вариаций характеристик эмиссий верхней атмосферы, указывают, что увеличение интенсивности ориентировано вдоль подветренной области, параллельно оси хребта. В связи с этим первоначально имеющиеся данные измерений [Коробейникова и др., 1966] для 1964 г., соответствующего периоду минимума солнечной активности, были осреднены вдоль полос шириной 50 км, ориентированных вдоль хребта Копет-Даг (рис. 1). В центре круга диаметром 600 км, изображенном на карте, находится ст. Ванновский, практически вблизи хребта. Южнее расположено плоскогорье, на котором присутствуют вершины, высота которых достигает 3117 м. Севернее хребта расположена равнина - пустыня Каракумы. В этом районе широт имеется в течение всего года интенсивное зональное течение. Вследствие изменений его ориентации периодически возникают ситуации, когда ветер на различных барических уровнях 700 мбар (~3 км), 500 мбар (~5 км), 300 мбар (~9 км) и 100 мбар (~16 км) имеет направление то с юга на север (принятое как положительное), то с севера на юг (принятое как отрицательное). В подавляющем большинстве случаев угол между вектором скорости ветра V и средней линией хребта не превышал 40°. Очень часто ветер был направлен вдоль хребта.
Средние за ночь, как и средние за месяц, интенсивности показывают уже известные законо-
N
300 км
W
Е
-300 км
Б
N
Б
Рис. 1. Ориентация областей излучающего слоя эмиссии 557.7 нм на высоте 97 км над поверхностью Земли в районе горного хребта Копет-Даг. В верхней части рисунка показана схема деления этой области для вычисления распределения интенсивностей поперек подветренной области хребта.
мерности сезонных вариаций, описанные в работе [Семенов и Шефов, 1997]. Поэтому из средних за ночь значений интенсивностей для указанных полос, ориентированных вдоль хребта, были исключены средние значения для всей области внутри круга (рис. 1).
Полученные отклонения А/ для различных полос круговой области измерений от среднесуточных интенсивностей / были распределены вдоль оси X, направленной перпендикулярно хребту на север. Максимальный размах отклонений для отдельных ночей менялся от 5 до 50 рэлей.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
В зависимости от направления ветра в тропосфере относительно средней линии хребта менялся характер распределения. В большинстве случаев значения А/ почти монотонно возрастали в направлении нормали к оси хребта того его полупространства (на север или на юг), в котором был направлен ветер, причем производная роста явно была пропорциональна скорости ветра. Это независимо означало, что интенсивность возмущения растет с увеличением скорости ветра. В связи с этим на рис. 2а показано сопоставление коэффициента регрессии р прямых, аппроксимирующих такую тенденцию изменения А/, со скоростью ветра V. Точки соответствуют северной области, кружки - южной. Средняя линия регрессии этого сопоставления практически проходит через начало координат и имеет вид (коэффициент корреляции г = 0.77 ± 0.06)
р = (0.115 ± 0.016) V.
Здесь р - рэлей/100 км, V - скорость ветра (м/с). Важно отметить, что типичными ситуациями являлись случаи, когда скорость ветра соответствовала изобарическим уровням 500 или 300 мбар. Отмечались случаи, когда при малых скоростях на высотах 5 или 9 км большие скорости имелись на уровне 100 мбар и эти значения хорошо соответствовали общей корреляционной зависимости. Это означает, что интенсивное струйное течение возбуждает генерацию порывов ветра в нижних слоях атмосферы, взаимодействующих с рельефом, что способствует возникновению ВГВ.
Из данных для 61 ночи в 1964 г. только в пяти случаях наблюдались наиболее отчетливые распределения А/ от координаты X с максимумом в пределах исследуемой области излучающего слоя эмиссии 557.7 нм. В пятнадцати случаях максимум был выражен хуже из-за имеющейся дисперсии точек. Зависимость этой величины размаха А1р (рэлей) показана на рис. 26. Точки - индивидуальные значения, кружок - значение А1р для среднего распределения для пяти указанных случаев. Линия регрессии имеет вид (коэффициент корреляции г = 0.77 ± 0.06)
А= (0.74 ± 0.11) V.
Определение координаты Хм максимума может быть сделано приблизительно, поскольку практически известна только одна половина (немного больше) распределения интенсивности орографически возмущенной области излучающего слоя. То же относится и к ее ширине АХ на уровне половинной интенсивности. Они имеют следующие оценки (рис. 2в и „ соответственно):
Хм = (6 ± 1) V; г = 0.73 ± 0.11; АХ = (12 ± 3) V; г = 0.70 ± 0.14.
ОРОГРАФИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ВАРИАЦИИ ИНТЕНСИВНОСТИ
109
£
^ 500 0
400
£ м
>|200
« 40
ч
m &
20
10
•.
50
100
V, м/с
Рис. 2. Зависимости от скорости ветра V в тропосфере: а - скорости роста интенсивности Д1; б - максимальной интенсивности орографического возмущения Д1р; в - расстояния Хм, соответствующего значению Мр г - полуширины области орографического возмущения ДХ.
Полученные результаты имеют принципиальное сходство с результатами исследований гид-роксильного излучения (~87 км) вблизи Кавказа [Суходоев и др., 1989; Шефов и др., 1999; 8Ьейэу е! а1., 2000]. Тем не менее поскольку эмиссия атомарного кислорода расположена выше (~97 км), то наблюдаемая область возмущения оказывается шире и сильнее подвержена зависимости от
скорости ветра в тропосфере. Для гидроксильно-го излучения увеличение температуры ДГон в максимуме возмущения составляет около 10 К, что соответствует росту интенсивности ~25% и уменьшению высоты ~1 км [Семенов и Шефов, 1996]. Для эмиссии 557.7 нм рост интенсивности ~10% (при средней скорости V ~ 35 м/с и среднегодовой интенсивности эмиссии 557.7 нм для 1964 г., равной ~230 рэлей) соответствует росту температуры ДТ557.7 ~ 5 К и уменьшению высоты максимума излучающего слоя Д255171 ~ 2.5 км. По-видимому, уменьшение амплитуды орографически обусловленного возмущения для эмиссии атомарного кислорода обусловлено ослаблением амплитуд ВГВ за счет их диссипации. Тем не менее влияние процесса генерации ВГВ при обтекании рельефа ветровыми потоками тропосферы создает заметное возмущенное состояние нижней термосферы.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Впервые проведен анализ орографически обусловленных возмущений состояния нижней термосферы вблизи горных образований при помощи результатов многолетних регулярных измерений пространственного распределения интенсивности эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм. Выполненные исследования показали не только существование такого эффекта, обнаруженного ранее для гидроксильной эмиссии, но и позволили получить новые количественные ранее неизвестные сведения о масштабах происходящих процессов. Кроме того, получены дополнительные оценки степени затухания амплитуд ВГВ в интервале высот 87-97 км.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Коробейникова М.П, Насыров Г.А., Хамидулина В.Г.
Эмиссия ночного неба X 5577 Ä. Таблицы и карты изофот, Ашхабад, 1964 г. / Отв. ред. К.К. Калчаев, H.H. Шефов. М.: ВИНИТИ. 280 с. 1966.
- Коробейникова МП, Насыров Г.А. Исследование
эмиссии ночного неба X 5577 Ä за 1958-1976 гг. в Ашхабаде. Ашхабад: Ылым. 100 с. 1972.
- Коробейникова М.П, Насыров Г.А. Влияние внут-
ренних гравитационных волн на поведение эмиссии 5577 Ä // Полярные сияния и свечение ночного неба / Отв. ред. В.И. Красовский. М.: Наука. № 23. С. 143-148. 1975.
- Коробейникова М.П, Чунчузов Е.П, Шефов Н.Н.
Горизонтальная вихревая диффузия вблизи турбо-паузы по наблюдениям эмиссии 557.7 нм // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 20. № 10. С. 995-998. 1984.
- Насыров Г.А. Влияние геомагнитной активности на
эмиссии атомарного кислорода // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 10. № 6. С. 1112-1114.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.