Симуляция наземных измерений вращательной температуры гидроксила по данным модели WACCM-X

Измерение вращательной температуры возбужденного гидроксила с поверхности Земли является широко распространенным методом наблюдения мезосферы. Метод обладает рядом особенностей, которые вносят неопределенности и затрудняют интерпретацию наблюдений. Так в научной литературе отмечают: зависимость результата от выбора колебательного перехода, неопределенность коэффициентов Эйнштейна, недостаточную термализацию переходов, сложность с компенсацией поглощения нижележащих слоев. В то же время существенные неопределенности, связанные с интегральным (по высоте) характером наземных измерений и существенной изменчивостью атмосферных профилей, рассматриваются редко. В данной работе предлагается обратить внимание именно на эти аспекты путем проведения симуляций измерений.

В докладе представлены результаты симуляции измерений вращательной температуры гидроксила для переходов v=6 -> v=2. Симуляция предполагает определение вращательных температур по интенсивностям линий P1(2), P1(3) и P1(4) с использованием широко распространённой методики [1]. Отличительной особенностью симуляции является расчет интенсивности линий с явным учетом высотных зависимостей характеристик атмосферы по высоте. При этом вычисление объемной плотности концентрации населенности состояний гидроксила (и соответствующей им скорости эмиссии определенной линии) рассчитывался в предположении о термализации вращательных уровней относящихся соответствующему (6-му) колебательному уровню. Вычисление (суммарных) населенностей по колебательным уровням производится посредством модели релаксации, входными данными для которой служат результаты глобального моделирования посредством модели WACCM-X [2], полученные на базе ИПФ РАН. Таким образом, симуляция рассматривает атмосферные условия, приближенные к реальным. В свою очередь, модель релаксации, в основе которой лежит работа [3], не предполагает термализации по колебательным уровням. Источником возбужденного гидроксила в ней предполагается реакция озона с атомарным водородом.

В рамках симуляции рассмотрен один год измерений. В первом приближении результаты измерения вращательной температуры равны средней температуре с весом пропорциональным концентрации гидроксила с соответствующим (с 6-ым) уровнем колебательного возбуждения. Высотный профиль этой концентрации обладает значительной изменчивостью в течении года, но при рассмотрении годовых средних близок к профилю из роботы [4]. Тем не менее, на результаты измерения влияют и другие факторы, связанные с высотной зависимостью температуры и ее влиянием на объемные характеристики свечения гидроксила. При некоторых условиях за счет этих эффектов и отсутствия их учета в методике измерения полученные интенсивности могут указывать на кажущееся отклонение от теплового распределения в населенностях вращательных уровней, несмотря на то, что симуляция предполагает их термализацию.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда No 25-27-00242, https://rscf.ru/project/25-27-00242/ .