ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 671-674
УДК 550.388
ДОЛГОТНЫЕ ВАРИАЦИИ ЭМИССИИ АТОМАРНОГО КИСЛОРОДА 557.7 нм
© 2004 г. Н. Н. Шефов, А. И. Семенов
Институт физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН, Москва Поступила в редакцию 23.12.2003 г.
Проанализированы результаты измерений интенсивности эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм, полученные в периоды Международного Геофизического Года (1957-1959 гг.) - высокая солнечная активность (12 станций) и Международного Года Спокойного Солнца (1964-1965 гг.) - низкая солнечная активность (14 станций). На их основе выявлена закономерность долготного изменения. Имеется увеличение интенсивности эмиссии над континентами и уменьшение над океанами. Получена аналитическая аппроксимация долготных вариаций.
1. ВВЕДЕНИЕ
В течение многолетних наблюдений характеристик верхней атмосферы Земли неоднократно отмечались долготные неравномерности различных геофизических параметров. Так, еще Кессе-них и Булатов [1944] выявили увеличение электронной концентрации в слое F2 над континентами по сравнению с океанами. Результаты одновременных измерений интенсивности и вращательной температуры молекул гидроксила в Звенигороде и Якутске указывали на систематические увеличения этих характеристик в сибирском регионе [Шефов и Ярин, 1961, 1962]. Отображение особенностей рельефа Земли в пространственном распределении общего содержания озона отмечено в работах Казимировского и Матафонова [1998], Kazimirovsky and Matafonov [1998]. Спутниковые наблюдения эмиссии 557.7 нм атомарного кислорода [Shepherd et al., 1993] свидетельствует, что долготные распределения интенсивности, измеренные в течение короткого интервала времени, например, суток, отображают распространение планетарных волн. На это указывают и данные о серебристых облаках [Шефов и Семенов, 2004]. Поэтому географическое положение максимумов и минимумов интенсивности не остается постоянным [Wang et al., 2002]. Анализ гидроксиль-ной эмиссии позволил выявить существование стационарных долготных вариаций интенсивности и соответственно высоты излучающего слоя [Perminov et al., 1999; Перминов и др., 2002].
В настоящей работе проведен поиск стационарных долготных распределений для эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм, так как это имеет значение для получения сведений о соответствующих изменениях содержания атомарного кислорода на высотах нижней термосферы.
2. ДАННЫЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Для анализа были использованы одновременные измерения на различных станциях в течение Международного Геофизического Года (19571959 гг.) - 12 станций [Yao, 1962] и Международного Года Спокойного Солнца (1964-1965 гг.) -14 станций [Smith et al., 1968], расположенных в диапазоне географических широт 25-55°N. Эти интервалы лет соответствуют годам максимума 19-ого цикла солнечной активности (F10.7 = 225) и последующего минимума (F107 = 74). На основе указанных данных были построены средние сезонные вариации интенсивности эмиссии для каждой станции как для периода высокой, так и низкой солнечной активности. Их характер хорошо согласуется с результатами многолетних измерений для средних широт, полученных в работах [Семенов и Шефов, 1997a; Semenov and Shefov, 1997; Фишкова и др., 2000, 20016; Mikhalev et al., 2001; Михалев и Медведева, 2002]. Тем не менее результаты работы Фишкова и др. [2000] указывают, что сезонное изменение интенсивности излучения 557.7 нм зависит от географической широты ф и хорошо описывается широтным изменением амплитуд гармоник и фазы первой гармоники. Используемые станции находились в широтном интервале ~40 ± 10°N. Для приведения их к однородным условиям для широты 40°N были введены поправки по соотношениям, представленным в [Фишкова и др., 2000]. После корректировки за широтные изменения было сделано приведение всех данных к уровню солнечной активности F1o.7 = 74. Эти результаты представлены на рис. 1.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
Полученные данные свидетельствуют, что имеются заметные долготные вариации эмиссии 557.7 нм. По-видимому, особенности рельефа
Рис. 1. Долготные вариации интенсивности эмиссии атомарного кислрода 557.7 нм для различных месяцев года (цифры в левом углу). Точки - данные измерений, сплошные линии аппроксимации.
0 90 180 270 360 0 90 180 270 360 X, град X, град
Рис. 2. Долготные вариации температуры внутри излучающего слоя эмиссии 557.7 нм, вычисленные для линий аппроксимации.
земной поверхности находят свое отображение в долготном поведении характеристик эмиссионных слоев. В верхней части рис. 1 схематично показаны положения участков континентов и океанов в области долгот для полосы широт ~40 ± 10°^ Как видно, над Евроазиатским материком интенсивность излучения выше, чем над регионами Тихого океана. На Северо-американском континенте станции наблюдений располагались только на его западной стороне. Над Атлантическим океаном наблюдений не проводилось. В связи с ограниченным числом долготных пунктов измерений в первом приближении была сделана простейшая аппроксимация, на основании которой было получено следующее соотношение
I = 230 [ 1+ А18 ]{1 + А 18[ 0.16 008 (X - 10) + + 0.020082(X - 170) + 0.010083(Х - 5)]},
где сезонные вариации
AIS = 0.21cos|6- (t -230) +
+ 0.22cos4n (t -120) + 0.26 cos(t -50).
365 365
На основании свойств вариаций параметров эмиссий [Семенов и Шефов, 1996, 1997а,б,в; Se-menov and Shefov, 1997; Шефов и др., 2000; Шефов и Семенов, 2001] следует, что увеличению интенсивности соответствует уменьшение высоты излучающего слоя и увеличение температуры [Ward et al., 1994; Shefov et al., 2000a]. На основе данных, представленных в указанных выше работах, на рис. 2 приведены долготные вариации температуры внутри излучающего слоя, а на рис. 3 долготные вариации высоты максимума излучения эмиссии 557.7 нм.
ДОЛГОТНЫЕ ВАРИАЦИИ ЭМИССИИ АТОМАРНОГО КИСЛОРОДА 557.7 НМ
673
105 100 95 90
100 95 90
100
95
3 90 м
N
100
95 90
100
95 90
100
95 90
_|_I_I_I
_|_I_I_I
_|_I_I_I
_|_I_I_I
_|_I_I_I
_1_I_I_I
10
_|_I_I_I
12
j_I_I_I
0 90 180 270 360 0 90 180 270 360 X, град X, град
Рис. 3. Долготные вариации высоты максимума излучающего слоя эмиссии 557.7 нм, вычисленные для линий аппроксимации.
Представленные закономерности поведения интенсивности, температуры и высоты излучающего слоя полностью согласуются с закономерностью орографических вариаций, изученных по гидроксильному излучению [Шефов и др., 1999; Shefov et ¿1., 2000Ь]. Таким образом, это дает основание для вывода, что высотное распределение атомарного кислорода на высотах 80-100 км при прочих равных условиях определяется особенностями подстилающего рельефа земной поверхности, динамикой ветровой системы нижней атмосферы и поэтому зависит от долготы.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе анализа результатов измерений интенсивности эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм, полученных на 14 станциях средних широт, расположенных на различных долготах, построена
эмпирическая модель долготных вариаций интенсивности, температуры и высоты излучающего слоя, свидетельствующая об увеличении интенсивности и температуры над континентами по сравнению с океанами. Это является аргументом в пользу того, что наблюдаемое долготное изменение параметров эмиссии обусловлено орографическим эффектом.
Работа выполнялась при финансовой поддержке РФФИ, грант № 01-05-64107.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Казимировский Э.С., Матафонов Г.К. Континен-
тальные и орографические "структуры" в глобальном распределении общего содержания озона // Докл. АН. Т. 361. № 4. С. 544-546. 1998.
- Кессених ВН., Булатов Н.Д. Континентальный эф-
фект в географическом распределении электронной концентрации слоя F2 // Докл. АН СССР. Т. 45. № 6. С. 250-253. 1944.
- Михалев A.B., Медведева И В. Сезонный ход эмиссии
верхней атмосферы в линии атомарного кислорода 558 нм // Оптика атмосферы и океана. Т. 15. № 11. С. 993-997. 2002.
- Перминов В.И., Перцев Н.Н, Шефов Н.Н. Стацио-
нарные планетарные вариации гидроксильного излучения // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 42. № 5. С. 642-645. 2002.
- Семенов А.И., Шефов Н.Н. Эмпирическая модель ва-
риаций гидроксильного излучения // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 36. № 4. С. 68-85. 1996.
- Семенов А.И., Шефов Н.Н. Эмпирическая модель ва-
риаций эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм в ночное время. 1. Интенсивность // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 37. № 2. С. 81-90. 1997a.
- Семенов А.И., Шефов Н.Н. Эмпирическая модель ва-
риаций эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм в ночное время. 2. Температура // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 37. № 3. С. 143-145. 19976.
- Семенов А.И., Шефов Н.Н. Эмпирическая модель ва-
риаций эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм в ночное время. 3. Высота излучающего слоя // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 37. № 4. С. 105-111. 1997в.
- Фишкова Л.М., Марцваладзе Н.М., Шефов Н.Н. За-
кономерности вариаций эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 40. № 6. С. 107-111. 2000.
- Фишкова Л.М., Марцваладзе Н.М., Шефов Н.Н.
Многолетние вариации эмиссии натрия ночной верхней атмосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 41. № 4. С. 552-556. 2001a.
- Фишкова Л.М., Марцваладзе Н.М., Шефов Н.Н. Се-
зонные вариации зависимости эмиссии атомарного кислорода 557.7 нм от солнечной активности и многолетнего тренда // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 41. № 4. С. 557-562. 20016.
2
8
9
3
4
- Шефов Н.Н., Семенов А.И., Юрченко ОТ. Эмпири-
ческая модель вариаций эмиссии атомарного натрия в ночное время. 1. Интенсивность // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 40. № 1. С. 123-128. 2000.
- Шефов Н.Н., Семенов А.И. Эмпирическая модель ва-
риаций эмиссии атомарного натрия в ночное время. 2. Высота излучающего слоя // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 41. № 2. С. 267-271. 2001.
- Шефов Н.Н., Семенов А.И. Особенности долготно-
временного распределения частоты появления серебристых облаков // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 44. № 2. С. 283-286. 2004.
- Шефов Н.Н. Ярин В.И. О зависимости вращательной
температуры OH от широты // Спектральные, электрофотометрические и радиолокационные исследования полярных сияний и свечения ночного неба. М.: Изд-во АН СССР. № 5. С. 25
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.