ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2010, № 4, с. 41-49
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ В СОБСТВЕННОМ СВЕЧЕНИИ
АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ
© 2010 г. А. Б. Белецкий1*, А. В. Михалев1, М. А. Черниговская1, Е. А. Шарков2, И. В. Покровская2
Учреждение Российской академии наук Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск 2Учреждение Российской академии наук Институт космических исследований РАН, Москва
*Е-таИ: beletsky@iszf.irk.ru Поступила в редакцию 19.05.2009 г.
Рассматривается проблема возможности регистрации деятельности тропических циклонов по возмущению в собственном свечении верхней атмосферы в дальней от тропических циклонов зоне. В работе приводятся и обсуждаются примеры короткопериодных волновых возмущений в излучении верхней атмосферы, регистрируемых в регионе юга Восточной Сибири, как от идентифицированных источников, так и от источников неизвестной природы. В частности, рассматриваются особенности спектров вариаций атмосферных эмиссий 557.7 нм, наблюдаемых в регионе юга Восточной Сибири в 2003 и 2007 гг., в условиях спокойной гелио-геомагнитной обстановки в периоды деятельности тропических циклонов в северо-западной и центральной акваториях Тихого океана.
Ключевые слова: собственное свечение верхней атмосферы, спектры вариаций атмосферных эмиссий 557.7 нм, тропический циклон, Тихий океан.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование условий возникновения и эволюции волновых возмущений различных пространственных и временнЫх масштабов, в том числе внутренних гравитационных волн (ВГВ), в верхней атмосфере Земли является одной из фундаментальных проблем геофизики. Большинство фактических данных о ВГВ на высотах верхней атмосферы Земли получены с использованием методов радио- и оптического зондирования ме-теорнык и искусственный следов, исследования серебристый облаков, радиозондирования перемещающихся ионосферный возмущений в F2 области ионосферы. Современные методы исследования верхней атмосферы, такие как высокочастотное зондирование, радиотомография, спутники GPS, позволяют также регистрировать эти волновые возмущения в ионосфере одновременно в больших пространственныгх областях. Важной составляющей частью задачи исследования ВГВ является задача идентификации их источников, которая до настоящего времени окончательно не решена.
В настоящее время достоверно установлено, что в среднеширотной верхней атмосфере регулярно наблюдаются возмущения, не связанные с влиянием гелио- и геомагнитной обстановки. В спокойных геомагнитных условиях при минимуме солнечной активности, когда воздействие магнитосферныгх эффектов на характеристики ат-
мосферы и ионосферы минимальны, фоновые параметры нейтральной атмосферы и ионосферы могут меняться ото дня ко дню в значительных пределах (до 15—20% и более).
В обзорный работах (Kazimirovsky et al., 2003; Lastovicka, 2006; Rishbeth, 2006) показана важность изучения влияния различного рода волновых возмущений, возникающих в стратосфере и тропосфере Земли и распространяющихся вверх, на распределение параметров верхней атмосферы и ионосферы. В литературе приводятся экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что сильные метеорологические возмущения могут служить источниками ВГВ, которые при определенных условиях проникают на высоты ионосферы, например, (Черниговская и др., 2008; Fabric et al., 2002; Bishop et al., 2006; Perevalova, Polekh, 2008; Zuo Xiao et al., 2008), и проявляются в виде перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) с характерными периодами от 5 мин до 3 ч. Одним из мощнейших по энергетике потенциальных источников воздействия "снизу" рассматриваются метеорологические возмущения в тропосфере — тропические циклоны (ТЦ). Однако надежного экспериментального и теоретического подтверждения этим гипотезам не получено (Черниговская и др., 2008; Perevalova, Polekh, 2008; Zuo Xiao et al., 2008).
42
БЕЛЕЦКИЙ и др.
Волновой механизм является одним из эффективных механизмов взаимодействия между слоями атмосферы и воздействия со стороны нижних слоев атмосферы. Локальные импульсные возмущения в нижней атмосфере возбуждают широкий пространственно-временной спектр ВГВ, которые, распространяясь вверх по наклонным траекториям, переносят энергию из тропосферы в среднюю атмосферу и ионосферу. Теоретические расчеты и экспериментальные данные показывают, что ВГВ обнаруживаются на горизонтальных расстояниях до нескольких тысяч километров от источника возбуждения (Ахмедов, Куницын, 2004; Куницын и др., 2007а; Куницын и др., 20076).
Важную экспериментальную информацию о волновых возмущениях параметров верхней атмосферы Земли, индуцированных разнообразными источниками, в том числе и ВГВ, дают оптические методы исследования, основанные на регистрации собственного свечения атмосферы (Михалев и др., 2007; Шефов и др., 2006; Brown et al., 2004; Ejiri et al., 2003; Mukherjee, 2003; Taylor, 1997).
Во время геомагнитных возмущений, относящихся к важнейшим геофизическим явлениям солнечного происхождения, в авроральных областях генерируется широкий спектр ВГВ, распространяющихся в более низкие широты и вызывающих возмущения в атмосфере и ионосфере Земли в виде перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ). В работах (Михалев и др., 2004; Михалев и др., 2005) представлены результаты впервые проведенных в области средних широт (~50° с.ш.) азиатского региона России инструментальных наблюдений собственного свечения верхней атмосферы в периоды геомагнитных бурь. Установлено, что возмущения в атмосферных эмиссиях на широте г. Иркутск (52° с.ш.) во время геомагнитных бурь начинают проявляться при Kp ~ 5 и Dst ~ —(50—70) нТ. Наиболее чувствительной к геомагнитным возмущениям является красная эмиссия атомарного кислорода 630 нм (высоты высвечивания 180—250 км) в силу ее зависимости от ионизованной компоненты верхней атмосферы. Зеленая эмиссия 557.7 нм менее подвержена влиянию геомагнитной активности, так как физический механизм появления этой эмиссии определяется в основном параметрами нейтральной атмосферы на высотах высвечивания (85—115 км) и связан с реакциями рекомбинации атомарного кислорода. Во время экстремальной геомагнитной бури 20 ноября 2003 г. наблюдалось существенное усиление интенсивности свечения верхней атмосферы (Михалев и др., 2004; Михалев и др., 2005). Среднеширотное сияние 20 ноября 2003 г. может дополнить список наиболее знаменитых сияний (Great Aurora) и быть отнесено к экстремально наблюдавшимся сияниям в средне-широтных зонах.
В атмосферных эмиссиях регулярно наблюдаются короткопериодические вариации интенсивности свечения. Например, в работе (В^^пзоп et а1., 1992) в ходе эксперимента АЕР1 наблюдались изображения ночного свечения эмиссии 557.7 нм, линий ОН (8—3) 731.6—733 нм и атмосферной полосы 02 (0,0) 762 нм. Надирные изображения в полосе О2 выявили пространственную структуру с горизонтальной длиной волны ~100 км.
В работе (№кашига et а1., 1998) получены характеристики модуляции свечения ночного неба гравитационными волнами за девять ночей наблюдения. Измерения свечения ОН (высота ~87 км) проводились в августе 1996 г. в районе Шигараки, Япония (34.9° с.ш., 136.1° в.д.). Горизонтальные длины волн, периоды и горизонтальные фазовые скорости лежали в интервалах 10— 30 км, 5—30 мин, 20—60 м/с соответственно. Преобладающее направление распространения — на северо-восток.
В работе (Ба^пёез et а1., 1995) проводились одновременные измерения эмиссий 557.7 нм, атмосферной полосы О2, № и полосы ОН в октябре-ноябре 1985 г. в СасИоека Раи1^ (23° ю.ш., 45° з.д.) для изучения гравитационных волн в мезосфере. При наблюдении длиннопериодных вариаций в интенсивности эмиссий на них накладывались короткопериодические квазикогерентные вариации, предполагающие возможное прохождение ВГВ в излучающих слоях. Волновые параметры (вертикальная длина волны ~12 км, горизонтальная длина волны ~200 км, период ~80 мин), полученные по одной из наблюдавшихся короткопе-риодных осцилляций, типичны для ВГВ на высоте эмиссий.
В работе (М1кИа1еу et а1., 2001) было проведено предварительное исследование влияния сейсмической активности на вариации свечения атмосферы в Байкальской сейсмической зоне и было показано усиление вариаций атмосферной эмиссии 557.7 нм (от единиц до десятков и сотен минут) в периоды подготовки и развития землетрясений.
При регистрации проявлений ВГВ в атмосфере Земли задача идентификации источников наблюдаемых волновых возмущений решена в различной степени. Проявление метеорологических эффектов (например, циклонической деятельности в тропосфере Земли) в излучении верхней атмосферы относится к наименее изученным эффектам.
Цель настоящей работы — выяснение возможности регистрации деятельности ТЦ по возмущениям в собственном свечении верхней атмосферы в дальней от ТЦ зоне в условиях спокойной ге-лио-геомагнитной обстановки.
S(N), отн. ед.
800 г
700 -
600 -
500 -
400 -
300(
200
100
0 1 1 ,
Периоды 5—15 мин Периоды 30—40 мин Периоды 50—60 мин
S(N), отн. ед.
5000
4000
'3000
,2000
S(T). 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
отн. ед.
1000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Мес.
Рис. 1. Сезонный ход амплитуд вариаций эмиссии 557.7 нм в диапазоне периодов 5—15 мин (левая ось), а также 30—40 и 50—60 мин (правая ось).
ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ
Для анализа использовались следующие данные наблюдений:
— экспериментальные данные наземных измерений собственного свечения атмосферы Земли в линии 557.7 нм с временным разрешением 25 с (высоты высвечивания 85—115 км — область Е ионосферы) в регионе юга Восточной Сибири в 2000-2007 гг.;
— данные о ТЦ из электронной базы спутниковых данных глобального тропического циклогенеза "Глобал-ТЦ", Института космических ис-
3 4 5 6 7 8 910
20
30 40 50 60 Т, мин
Рис. 2. Спектр вариаций амплитуды эмиссии 557.7 нм 17 мая 2000 г. во время землетрясения на юге оз. Байкал (пунктирная линия) и фоновый спектр за май (сплошная линия).
следований (ИКИ) РАН (Покровская, Шарков, 2006).
Измерения собственного свечения верхней атмосферы проводятся в Геофизической обсерватории Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН (ИСЗФ
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.