LFVA
advertisement
ЛАБОРАТОРИЯ ФИЗИКИ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ Лаборатория физики верхней атмосферы Института физики атмосферы АН СССР (ИФА) основана в 1956 г. Основателем и первым руководителем Лаборатории был доктор физико-математических наук, Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, Лауреат Сталинской премии, профессор Валерьян Иванович Красовский. Основные направления исследований: 1. Аэрономия и солнечно-земные связи Аэрономия – как раздел физики атмосферы, посвященный комплексному исследованию взаимодействия ультрафиолетового излучения Солнца, нейтрального и ионизованного состава, фотохимических и динамических процессов в атмосфере Земли, явилась предметом работы Лаборатории на протяжении 50 лет. Методом исследований являлись спектрофотометрические измерения собственного ночного излучения верхней атмосферы на высотах выше 80 км при помощи специально разработанной светосильной спектрографической аппаратуры для области спектра 300 – 1250 нм с применением электронно-оптической техники. С ее помощью были впервые в мире обнаружены новые типы излучений (водород, гелий, континуум), дана их теоретическая интерпретация, детально исследованы эмиссии гидроксила, молекулярного кислорода, атомов натрия, атомарного кислорода 557.7 и 630 нм. На основе систематизации накопленного материала были разработаны модели вариаций этих эмиссий, отображающих широкий спектр вариаций, в том числе от солнечной активности и многолетнего тренда. Серебристые облака, зарегистрированные на Звенигородской научной станции 6 июля 2000 г. ß í âàðü Ôåâðàëü Ì àðò ï ðåëü Ì àé íü ëü ãóñò åí òÿáðü Î êòÿáðü Í î ÿáðü åêàáðü åäí åãî äî âàÿ 98 Âû ñî òà, ê ì 96 94 92 90 88 Ì è í è ì óì ñî ë í å÷í î é àê òè âí î ñòè 86 0 2 4 6 8 10 12 100 98 Âû ñî òà, ê ì 96 94 92 90 88 Ì àê ñè ì óì ñî ë í å÷í î é àê òè âí î ñòè 86 0 2 4 6 8 100 90 Среднемесячные высотные распределения концентрации атомарного кислорода на основе данных измерений эмиссии 557.7 нм для условий минимума (F10.7 = 75) и максимума солнечной активности (F10.7= 203)  û ñ î ò à, ê ì 100 80 70 ß í âàðü Ôåâðàë ü Ì àðò Àï ðåë ü Ì àé Èþ í ü Èþ ëü Àâãóñò Ñåí òÿáðü Î ê òÿáðü Í î ÿáðü Äåê àáðü Ñðåäí åãî äî âî é 60 50 40 30 -5 0 5 10 Спектрофотометрический комплекс – спектрограф СП-50 с ПЗС приемником для измерения собственного ночного излучения верхней атмосферы в области спектра 500-1200 нм Î òê ë è ê òåì ï åðàòóðû àòì î ñô åðû í à ñî ë í å÷í óþ àê òè âí î ñòü, DT/DF, K/100sfu Фрагмент "Атласа спектра излучения ночного неба 3000 – 12400 Å". Область спектра 9800 – 11400 Å. Среднемесячные вариации отклика температуры атмосферы на различных высотах на солнечную активность на основе данных ракетных и спектрофотометрических измерений. Черная линия – среднегодовая отклик 10 12 Êî í öåí òðàöè ÿ àòî ì àðí î ãî ê è ñë î ðî äà, 10 11 cm-3 2. Внутренние гравитационные волны и эффекты орографии в верхних слоях атмосферы Важной стороной исследований явились результаты изучения распространения внутренних гравитационных волн в атмосфере, анализ источников их генерации, связанных с метеорологическими процессами в тропосфере и взаимодействием ветровых потоков с неоднородностями земного рельефа, а также воздействия их на кинетику фотохимических процессов возникновения эмиссий верхней атмосферы, и, в конечном итоге, на ее энергетику. Это создало новое признанное направление исследований во всем мире. Разработанная теория и полученные результаты были признаны открытием В.И. Красовского за № 209 от 21 декабря 1978 г. с приоритетом 10 января 1972 г. Температура атмосферы в области излучающего слоя молекулы гидроксила [с высоким (а - лето, б зима) и с низким (в - лето, г - зима) колебательным возбуждением] в зависимости от квадрата относительной амплитуды ВГВ Пространственное распределение источников ВГВ над Кавказским хребтом (точки). Показаны место проведения измерений (КВНС) и области излучающего слоя, визируемые прибором. На врезке – район расположения КВНС (внутри круга) Вычисленное пространственное распределение вертикального притока энергии ВГВ, генерируемых над Кавказским хребтом, на высотах ~ 90 км над его подветренной областью. p и q - координаты поперек и вдоль хребта, соответственно, в единицах высоты гидроксильного слоя (~90 км) 3. Климат средней и верхней атмосферы Итогом развития многолетних исследований (~50 лет) явилось накопление уникальных данных о температуре средней и верхней атмосферы. Они позволили обнаружить многолетние среднегодовые и сезонные климатические изменения температурного режима и состава средней и верхней атмосферы, сопровождающиеся их охлаждением и оседанием. В последние десятилетия тенденция среднегодового уменьшения температуры на высотах ~ 87 км ( –0.68 К·год–1 в период 1955-1990 гг.), стала заметно ослабевать. n(O), 1011 ñì -3 300 Tåì ï åðàòóðà, Ê 110 1000 110 300 100 60 r = 80(Z/100)1.1 50 40 F10.7 250 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 150 50 Среднегодовые высотные распределения температуры на высотах 25-110 км (1955 – 1995 гг.). Толстыми линиями указаны профили температуры через каждые 5 лет. Внизу показаны вариации солнечной активности поток радиоизлучения F10.7. Полыми и сплошными кружками указаны высоты атмосферы, для которых температуры равны 210 К и 250 К, соответственно 1000 Скорость оседания верхней атмосферы на различных высотах на основе данных ионосферных, радиометеорных, эмиссионных, ракетных и спутниковых измерений (1955-1990 гг.) Òåì ï åðàòóðà, Ê 30 100 Ñê î ðî ñòü î ñåäàí è ÿ r, ì /ãî ä ï 10 10 102 ê ì 93 ê ì 200 180 210 92 ê ì 180 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Ãî ä û Многолетнее поведение среднегодового значения температуры мезопаузы (~87 км) по данным различных среднеширотных станций 1955 100 1955 O3 1995 1972 95 1995 1960 87 ê ì 85 160 240 1970 1980 1990 O 100 O3 90 80 80 ê ì 0 2 4 6 8 10 n(O3), 108 ì -3 160 1960 1970 1980 1990 2000 Ãî ä û 220 200 10 O 240 200 8 90 190 200 6 1972 97 ê ì 220 200 4 105  û ñ î ò à, ê ì Ê å ð à ò ó ð à, 70 100 T å ì  û ñ î ò à Z, ê ì  û ñ î ò à, ê ì 80 240 2 110 ê ì 200 90 0 Âû ñî òà, ê ì 200 Многолетние вариации среднемесячных зимних (декабрь, синий цвет) и летних (июнь, красный цвет) значений температуры на различных высотах по данным ракетных, эмиссионных и радиофизических измерений Среднегодовые высотные распределения концентраций озона (красные линии) и атомарного кислорода (зеленые линии) в ночное время для условий 1955 г., 1972 г. и 1995 г., вычисленные на основе эмпирических моделей вариаций эмиссий ОН и О 557.7 нм, соответственно. Кружки, квадраты и треугольники – концентрации атомарного кислорода, вычисленные по эмиссии ОН для 1955, 1972 и 1995 гг., соответственно. На нижнем графике показаны многолетние изменения высот максимумов концентраций атомарного кислорода О и озона О3
