Обсерватория с установленным интерферометром Фабри-Перо.
Ученые установили, что внезапное стратосферное потепление вызывает истончение и смещение слоев свечения атмосферы на высоте более 70 километров. Явление также называют «ночным свечением», так как из-за него ночное небо всегда выглядит светящимся. С помощью наземных и спутниковых приборов исследователям удалось зафиксировать влияние внезапного стратосферного потепления на это свечение. Полученные данные демонстрируют сложные взаимосвязи между стратосферой и верхними слоями атмосферы, которые могут отражать последствия климатических изменений. Изучение собственного свечения атмосферы также полезно для прогнозирования космической погоды, которая важна при запуске спутников. Результаты исследования… поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Advances in Space Research.
Естественное свечение атмосферы проявляется на высотах свыше 70 километров вследствие взаимодействия космических лучей с азотом, кислородом, гидроксил-ионами, натрием и другими частицами. Изучая это свечение в верхних слоях атмосферы, ученые стремятся выяснить взаимосвязь и влияние различных процессов, протекающих в атмосфере. К примеру, как атмосфера реагирует на изменение солнечной активности или как меняется движение воздушных масс из-за температурных колебаний.
Необходимо знать, как внезапные потепления стратосферы влияют на свечение атмосферы. Северном полушарии и раз в 20–30 лет в Южном полушарии Длительность таких событий составляет в среднем 2–3 недели. Внезапные потепления стратосферы могут истончить и смещать слои собственного свечения атмосферы, снижая яркость их излучения. Это усложняет обнаружение этих слоев с помощью наземных приборов, затрудняя изучение верхних слоев атмосферы и прогнозирование космической погоды.
Ученые из Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск) совместно с коллегами из Института космофизических исследований и аэрономии СО РАН (Якутск) и Института оптики атмосферы СО РАН (Томск) исследовалиВнезапные потепления в стратосфере влияют на свечение воздуха над Сибирью. Авторы исследования выбрали этот регион из-за частых там потеплений, но недостаточно изучен их эффект на атмосферное свечение. Специалисты использовали несколько приборов для наблюдений: интерферометр Фабри-Перо в геофизической обсерватории недалеко от поселка Торы в Бурятии анализировал свечение атомарного кислорода в зеленой области видимого спектра на высоте 90–100 километров. Спектрограф Shamrock на станции Маймага в Якутии регистрировал свечение гидроксила в инфракрасной области на высоте 80–85 километров. Также использовался спутник NASA TIMED с радиометром SABER для измерения параметров атмосферы над всем земным шаром, включая температуру и концентрацию атомарного кислорода.
Ученые, объединив данные наземных приборов и спутника, отслеживали изменения температуры и яркости свечения атмосферы на высотах 40–110 километров во время внезапного стратосферного потепления. Изменения регистрировали в течение 15 дней до и после этого события, а всего исследователи проанализировали 17 эпизодов.
Во время внезапного стратосферного потепления наблюдалось изменение свечения кислорода на высоте около 95 километров. За несколько дней до пика потепления зеленое свечение атомарного кислорода усиливается, но в момент максимального потепления оно резко ослабевает. Спутниковые наблюдения показали, что слои свечения сначала становятся тоньше и опускаются ниже обычного, а после потепления снова поднимаются вверх. При этом слой свечения кислорода оказывается выше, чем до внезапного стратосферного потепления, а слой свечения гидроксила, наоборот, остается ниже. Такое поведение связано со сжатием и расширением воздуха, вызванным горизонтальными и вертикальными ветрами. Из-за этого слои свечения «дышат» вместе с атмосферой, меняя свою яркость и температуру.
Результаты свидетельствуют о том, что внезапные потепления в стратосфере воздействуют на верхние слои атмосферы более сложно, чем предполагалось ранее. Процессы волн раскачивают воздух на высоте 100 километров, изменяя температуру и яркость свечения. Изменение свечения воздуха в высоких слоях атмосферы связано с климатическими изменениями, поэтому его изучение важно для решения проблемы глобального изменения климата. Изучение верхней атмосферы имеет практическое применение — прогноз космической погоды, необходимой при запуске спутников.
Новые данные раскрывают механизмы воздействия внезапных потеплений в стратосфере на атмосферу Земли, что имеет значение для предсказания космической погоды. В будущем исследуем влияние процессов в стратосфере на атмосферу Земли. — говорит участница проекта, получившего поддержку от гранта РНФ, Ольга Зоркальцева, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН.
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фотографии.