ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 6, с. 806-809
УДК 550.388.2
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ НИЖНЕЙ ТЕРМОСФЕРЫ ВО ВРЕМЯ ЛОКАЛИЗОВАННОГО СТРАТОСФЕРНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ
© 2007 г. В. М. Игнатьев, С. В. Николашкин
Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю Г. Шафера СО РАН, Якутск
e-mail: nikolashkm@ikfia.ysn.ru Поступила в редакцию 25.01.2006 г. После доработки 16.10.2006 г.
Представлены результаты измерений температуры эмиссии 557.7 нм [OI], проводившихся с декабря 2002 г. по март 2003 г. на оптическом полигоне Маймага, вблизи г. Якутска (ф = 63°N, X = 129.7°E) с помощью спектрометра Фабри-Перо. Измерения температуры проводились непрерывно в периоды безлунных и лунных ночей. Для анализа поведения доплеровской температуры эмиссии 557.7 нм во время локализованных по высоте стратосферных потеплений были привлечены данные по температурам стратосферы, высотно-временной разрез на уровнях 1, 2, 5, 10, 30, 50 и 70 гПа и карты изолиний горизонтального поля температуры для уровня 50 гПа, полученные из NOAA через интернет. В течение зимы 2002/2003 гг. наблюдались локализованные по высоте слабые стратосферные потепления, которые не проявляли признаков вертикального перемещения. С этой точки зрения интерес представлял, как ведет себя тепловой режим нижней термосферы в периоды локализованного стратосферного потепления. Показано, что в периоды локализованных по высоте стратосферных потеплений температурный режим нижней термосферы не испытывает никаких изменений. Средняя температура на фоне короткопериодических колебаний остается на уровне ее модельных значений.
PACS: 92.60hl; 92.60.Ry
1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что наряду с сильным и слабым стратосферным потеплением бывают локализованные по высоте потепления, которые могут наблюдаться каждую зиму по несколько раз [Метеорология...., 1981]. Такие потепления, как правило, не распространяются сверху или снизу вверх. В работах [ЬаЬ^ке, 1972; ЬаЬ^ке, 1981] показано, что если возмущение при зимних стратосферных потеплениях зарождается на больших высотах атмосферы, то в самом начале потепления наблюдается повышение температуры на уровне нижней термосферы, который по мере развития температурного возмущения опускается. При этом опускание уровня максимального энерговыделения сопровождалось охлаждением нижней термосферы. Там же на основе анализа вариации доплеровской температуры эмиссии 557.7 нм [01] было показано, что планетарные волны с волновыми числами п = 1 и 2 при благоприятных условиях могут проникать до высот нижней термосферы и передать ей большую часть потока тепловой энергии, вызывающей значительные температурные возмущения. В этом плане потепление, произошедшее зимой 2002/2003 гг., представляет собой некоторый интерес, потому, что в отличие от сильных и слабых потеплений, распространяющихся вниз, оно было локализовано по высоте без признаков вертикального перемещения.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА
С ноября 2002 г. до начала января 2003 г. преимущественно над Камчаткой на уровне 50 гПа существовала малоподвижная область очага потепления с температурой, варьирующей в пределах 35-40°С, а сопряженная с ней холодная область (циркумполярный холодный циклон) с температурой 75-80°С располагалась над районами между о. Гренландия и южной частью Скандинавского п-ва (см. рис. 1). При этом теплая зона на уровне 50 гПа охватывала южную часть Якутии вплоть до начала января 2003 г., а северная ее часть временами находилась между границей соприкосновения холодного циркумполярного циклона и возникшего очага потепления. Она по широте особых изменений не проявляла, а по долготе вытягивалась до 80° восточной долготы. Дальнейший анализ динамики этих сопряженных областей, их перемещений в пространстве с течением времени становится затруднительным из-за отсутствия данных о горизонтальном поле температуры для уровня 50 гПа.
Однако высотно-временной разрез температуры на уровне 50 гПа позволяет нам предположить, что с января по март 2003 г. ситуация существенно не изменилась, и приведенная карта поля температуры сохранилась вплоть до конца марта
Рис. 1. Карты горизонтального поля температуры на уровне 50 гПа за 02.12.2002 г. и 02.01.2003 г. Темные зоны - область потепления, светлые - область похолодания.
85-80-75-70-65-60-55-50-45
2003 г. без существенных изменений. О направлении вертикального распространения термического возмущения можно судить по датам их начала на различных уровнях изобарических поверхностей стратосферы. Просмотр глобального высот-но-временного разреза температуры показывает, что потепление в декабре 2002 г. началось практически одновременно на уровнях 1, 2, 5, 10, 30, 50 и 70 гПа, и оно локализовалось с максимальным выделением тепловой энергии на высоте 5 гПа. После первой декады января 2003 г. были серии слабых потеплений, произошедших также одновременно на всех указанных уровнях. Таким образом, потепление, начавшееся в декабре 2002 г., не проявило вертикального распространения термического возмущения сверху вниз или снизу вверх.
В течение этого периода (декабрь 2002-март 2003 гг.) на оптическом полигоне Маймага, вблизи г. Якутска (ф = 63°К, X = 129.7°Е) проводились измерения температуры нижней термосферы по тепловому уширению эмиссии 557.7 нм [01] с охватом лунных периодов (рис. 2) с помощью спектрометра Фабри-Перо. При этом средняя погрешность определения температуры составляет 16 К. Геофизическая обстановка во время интер-ферометрических наблюдений временами была слабо возмущенной, значение Л^-индекса иногда превышало 20 единиц. Низко над северным горизонтом изредка наблюдались кратковременные вспышки полярных сияний. В связи с этим следует отметить, что присутствие полярных сияний усложняет измерения температуры атмосферы по тепловому уширению контура эмиссии 557.7 нм [01]. Это связано с тем, что в полярных сияниях эмиссии 557.7 нм [01] может возбуждаться на любом уровне атмосферы в пределах интервала вы-
сот 90-300 км, где температура растет с высотой от 180 до 1500 К и более. Поэтому высоты измеренных значений доплеровской температуры эмиссии 557.7 м [01] содержат неопределенность, связанную с глубиной проникновения корпускулярного потока с различным энергетическим спектром. Измеренные значения доплеровских температур эмиссии 557.7 нм [01] в полярных сияниях экспериментатору невозможно привязать к какой-то определенной высоте атмосферы. По этой причине те значения доплеровских температур эмиссии 557.7 нм [01], которые были получены при присутствии визуальных форм полярных сияний, исключались из рассмотрения, так как они не отражают реальное изменение температуры нижней термосферы для эффективной высоты эмиссионного слоя 557.7 нм [01], равного 97 км, фиксируемой в периоды геомагнитно-спокойных условий. Так, например, в работах [Красовский, 1971; Игнатьев и Югов, 1996] указывается, что температура нижней термосферы, измеряемая в диффузных формах полярных сияний, средняя высота которых располагается на к = 100-120 км, не изменяется даже при самых максимальных энерговыделениях, соответствующих 1ВС IV. То есть энергия, вносимая корпускулярным потоком, проникающим до высот нижней термосферы, не хватает на то, чтобы ее температура варьировалась в заметных пределах. Но в то же время в периоды отсутствия геомагнитной и авроральной активностей были отмечены значительные нерегулярные вариации температуры нижней термосферы, обусловленные волновыми возмущениями тропосферы и стратосферы [Игнатьев и Николашкин, 2002].
Если обратить внимание на высотно-времен-ной ход температуры на уровнях 10, 30 и 50 гПа (рис. 2) над Якутией, то сразу можно заметить ко-
808
ИГНАТЬЕВ, НИКОЛАШКИН
§ 200 г^ 150
Е100
50 0
17.12.02 27.12.02 06.01.03 16.01.03 26.01.03 05.02.0315.02.03 25.02.03 07.03.03 17.03.03 27.03.03 06.04.03
Рис. 2. Высотно-временной разрез температуры на уровнях 10, 30 и 50 гПа и нижней термосферы. Снизу показаны уровни солнечной ^10.7) и геомагнитной (Ар) активностей.
лебательный характер и синхронность изменений температуры на всех уровнях, но преимущественно на верхнем уровне эти изменения временами наиболее значительны. Из рис. 2 видно, что измеренные значения температуры эмиссии 557.7 нм также состоят из большого числа короткоперио-дических измерений температуры нижней термосферы. Однако среднее значение измерений тем-
п, км
гПа
50
40
30
20
10
- +
®
+ ® + ® + ® + ® + ® •
2 5 10
30 50 70
10
20
30 |ДТС
40
50
Рис. 3. Высотная локализация стратосферного потепления за декабрь-январь 2003 г. (темные кружки); февраль 2003 г. (светлые кружки) и март 2003 г. (крестики).
пературы эмиссии за период с середины декабря 2002 г. до конца марта 2003 г. удовлетворительно согласуются с модельной температурой Ы8ШЕ-90. А стратосферное потепление в декабре 2002 г. и в первой декаде января 2003 г. было локализовано по высоте на уровне 5 гПа, а затем интенсивность потепления заметно упала до конца сезона наблюдений (рис. 3) и локализовалась на уровне около 10 гПа.
Отметим также, что в течение всего этого времени центральная Якутия временами оказывалась в области между границами холодного циркумполярного циклона и очага потепления, которая часто слегка перемещалась к северу либо к югу. При таких условиях не исключена синхронная обусловленность мелкомасштабной модуляции температуры стратосферы на указанных трех уровнях - 10, 30 и 50 гПа. Таким образом, стратосферное потепление, произошедшее с декабря 2002 г. по март 2003 г., по-видимому, по интенсивности не относится к сильным, а, скорее всего, относится к слабым потеплениям. Оно было локализовано на уровне 30-36 км над Якутией (рис. 3). При этом надо отметить, что температуры на всех уровнях (10, 30 и 50 гПа) по величине не отличаются и близки к их модельным значениям.
То, что температура нижней термосферы над Якутией за этот период слабого стратосферного потепления не показывает существенных вариаций за исключением обычных короткопериодич-ных колебаний, говорит о том, что в течение указанного времени наблюдения не происходили про-
1
0
цессы переноса тепла и количества движения волновыми во
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.