Излучение среднеширотной верхней мезосферы и нижней термосферы: спектры вариаций температуры и интенсивностей эмиссий гидроксила и молекулярного кислорода

В геофизических исследованиях область верхней мезосферы и нижней термосферы (ВМНТ, 70-100 км) является предметом особого внимания. Она характеризуется наиболее низкими значениями температуры в земной атмосфере. Ее термодинамический режим и содержание малых газовых составляющих в ней во многом определяются фотохимическими и динамическими процессами, возникающими как за счет воздействия сверху (УФ-излучение Солнца, потоки энергичных солнечных и космических частиц), так и снизу (атмосферные волны, приходящие из тропосферы и стратосферы). Наиболее яркой особенностью ВМНТ являются эмиссии ее собственного излучения, спектральные наблюдения которых позволяют определять содержание компонентов газового состава и температуру в данной области атмосферы (Шефов и др., 2006; Перминов, Перцев, 2010). Настоящая работа посвящена исследованию спектров межгодовых и сезонных вариаций интенсивности эмиссии гидроксила и его вращательной температуры (максимум излучения на высоте 87 км), а также интенсивности эмиссии Атмосферной системы молекулярного кислорода (максимум излучения на 95 км). Для анализа были использованы полуночные данные, полученные по измерениям колебательно-вращательных полос ОН (6-2) (834.0 нм) и О2 А(0-1) (864.5 нм) на Звенигородской станции ИФА РАН (56N, 37E) в 2000-2016 гг. и Геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН (52N, 103E) в 2008-2016 гг. Описание наблюдений, аппаратуры и методики обработки данных представлены в работах (Семенов и др., 2002; Pertsev, Perminov, 2008; Medvedeva et al., 2014). Полученные многолетние ряды эмиссионных характеристик были проанализированы методом Ломба-Скаргла (Lomb, 1976; Scargle, 1982). На его основе определены спектры гармонических вариаций в области периодов от 12 суток до 11 лет. Для статистически значимых осцилляций сделаны оценки амплитуд. Доминирующими осцилляциями в интенсивностях исследуемых эмиссий являются первые четыре гармоники годовой вариации с амплитудами близкими по величине, а в температуре - годовая и полугодовая гармоники, амплитуды которых – 23-24 К и 4-7 К. В спектральной структуре межгодовых вариаций значимыми являются осцилляции с периодами 1.9-2.5, 3-3.5, 4.1, 5.8, 8 и 11 лет. На спектрах температурных вариаций статистически значимыми определены субгодовые вариации, являющиеся комбинационными гармониками годового колебания температуры. Амплитуды данных периодических вариаций составляют от 0.5±0.3 до 2.7±0.4 К. Анализ данных, полученных на Звенигородской станции ИФА РАН, свидетельствует о зависимости многолетнего тренда эмиссионных характеристик ВМНТ от анализируемой эпохи измерений.
В работе были использованы экспериментальные данные, полученные при помощи оборудования ЦКП "Ангара".