Сезонные вариации среднеширотного атмосферного излучения:
эмиссии О2А(0-1) и ОН(6-2)

Собственное излучение атмосферы является информативным индикатором термодинамического состояния ее различных областей и представляет собой эффективный метод их дистанционного зондирования. Эмиссии молекулярного кислорода (O2(b1Σ)) и гидроксила (OH(X2Π, v)) являются одними из наиболее интенсивных в области мезосферы и нижней термосферы. Обе возникают в результате рекомбинационных процессов атомарного кислорода и вследствие этого отображают его пространственно-временную динамику (Перминов, Перцев, 2010). Эмиссии O2(b1Σ) представляют собой систему полос, называемую Атмосферной системой, среди которых наиболее мощными являются полосы А(0-0) 0.76 мкм и А(0-1) 0.865 мкм. Однако вследствие самопоглощения в нижних слоях атмосферы только последняя из двух полос может наблюдаться с поверхности Земли. Ее интенсивность не превышает 1000 Рл (Takahashi et al., 1986; Pertsev and Perminov, 2008). В ночное время слой излучения данной полосы имеет максимум вблизи 94 км и толщину около 10 км (Witt et al., 1979; Watanabe et al., 1981; Yee et al., 1997). Эмиссии гидроксила образуют систему колебательно-вращательных полос, расположенных в спектральной области от 0.6 до 4.5 мкм, общей интенсивностью до 1 МРл (Шефов и др., 2006). Максимум вертикального распределения их излучения приходится на высоту около 87 км и имеет ширину около 9 км (Baker and Stair, 1998).
В работе представляются многолетние ряды среднеполуночных интенсивностей излучения колебательно-вращательных полос O2(b1Σ) А(0-1) и OH(X2Π) (6-2), полученные по наблюдениям на Звенигородской научной станции (56N, 37E) Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН в течение 2000−2016 гг. и Геофизической обсерватории (пос. Торы, 52N, 103E) Института солнечно-земной физики СО РАН в течение 2013-2016 гг. Анализ периодических вариаций с помощью LS-спектров (Lomb, 1976; Scargle, 1982; Перминов и др., 2018) показал, что статистически значимыми являются в основном первые четыре гармоники годового хода. Их амплитуды составляют от 5 до 25 % от средних годовых значений (220-270 Рл для О2 А(0-1) и 660-730 Рл для ОН (6-2)). Фазовое различие между вариациями двух эмиссий составляет 1-2 недели. Как правило, фазы вариаций эмиссии молекулярного кислорода опережают соответствующие фазы вариаций эмиссии гидроксила.
Исследование выполнено в рамках базового финансирования программы ФНИ - Науки о Земле, п. 138 и Программы № 51 Президиума РАН. В работе были использованы экспериментальные данные ЦКП «Ангара», http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ (данные наблюдений на ст. Торы).
Литература
1. Перминов В.И., Перцев Н.Н. Сезонный и ночной ход эмиссий гидроксила и Атмосферной системы молекулярного кислорода среднеширотной мезопаузы // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50. № 4. С. 544-550.
2. Перминов В.И., Семенов А.И., Медведева И.В., Перцев Н.Н., Суходоев В.А. Спектральная структура вариаций температуры в области среднеширотной мезопаузы // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. № 1. С. 133-140.
3. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы – индикатор ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 2006. 741 с.
4. Baker D.J., Stair A.T. Rocket measurements of the altitude distributions of the hydroxyl airglow // Physica Scripta. 1988. No. 37. P. 611-622.
5. Lomb N.R. Least-squares frequency analysis of unequally spaced data // Astrophys. Space Sci. 1976. V. 39. No. 2. P. 447-462.
6. Pertsev N., Perminov V. Response of the mesopause airglow to solar activity inferred from measurements at Zvenigorod, Russia // Ann. Geophys. 2008. V. 26. P. 1049-1056.
7. Scargle J. D. Studies in astronomical time series analysis. II. Statistical aspects of spectral analysis of unevenly spaced data // Astrophys. J. 1982. V. 263. P. 835-853.
8. Takahashi H., Sahai Y., Batista P.P. Airglow O2(1Σ) atmospheric band at 8645 A and the rotational temperature observed at 23 S // Planet. Space Sci. 1986. V. 34. No. 3. P. 301-306.
9. Watanabe T., Nakamura M., Ogawa T. Rocket measurements of O2 atmospheric and OH Meinel bands in the airglow // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 5768-5774.
10. Witt G., Stegman J., Solheim B.H., Llewellyn E.J. A measurement of the O2(b) atmospheric band and the OI(1S) green line in the nightglow // Planet. Space Sci. 1979. V. 27. P. 341-350.
11. Yee J. H., Crowley G., Roble R.G., Skinner W.R., Burrage M.D., Hays P.B. Global simultaneous and observations of O(1S), O2(1Σ), and OH mesospheric nightglow emissions // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 19949-19968.