Пример обработки данных измерений SABER/TIMED за 2003 год. Приведены вертикальные профили концентрации атомарного водорода в 4 разных географических регионах в конце двух последовательных ночей, характеризуемых высокой (синие точки) и низкой (красные точки) концентрацией атомарного водорода
Фотохимические процессы ключевым образом влияют на важнейшие характеристики и составляющие земной атмосферы: ее энергетический баланс, состояние и эволюцию озонового слоя, аэрозольно-химический состав воздуха, которым дышат люди. Одним из важнейших факторов, определяющих протекание фотохимических процессов, являются суточные вариации солнечной освещенности, вызванные вращением Земли вокруг собственной оси. Эти вариации приводят к хорошо известному эффекту - колебаниям концентраций химических составляющих атмосферы с периодом 1 сутки, регистрируемым на разных высотах. Кроме того, исследователями из Института физики атмосферы Ростокского университета (Германия) и Института прикладной физики Российской академии наук (Нижний Новгород) было предсказано, что на высотах 80-90 км (так называемая область мезопаузы, где температура воздуха понижается до самых низких в атмосфере значений, достигающих -170 градусов Цельсия) могут возникать особые фотохимические осцилляции с периодом двое суток, которые являются следствием нелинейного фотохимического отклика на суточные вариации освещенности. Интерес к этому явлению продиктован возможностью его проявления в эволюции других характеристик атмосферы, а также с точки зрения предсказания его возникновения на других высотах, в том числе вследствие искусственного периодического воздействия на атмосферу.
В предшествующих теоретических исследованиях было также показано, что регистрация 2-суточных осцилляций предоставляет новые возможности для оценки ряда важнейших, но недоступных прямым измерениям параметров атмосферы. Тем не менее, вопрос обнаружения и инструментального исследования таких осцилляций оставался открытым вплоть до настоящего времени. Главная сложность регистрации этого явления связана с его локализацией в узком диапазоне высот (2-4 км), а также с большими трудностями мониторинга химических процессов на высотах мезопаузы.
В недавней работе авторов из Института прикладной физики РАН, опубликованной в журнале Американского геофизического союза Geophysical Research Letters, были выявлены индикаторы присутствия этого явления в данных измерений и предпринята первая успешная попытка обнаружить эти индикаторы в результатах спутникового зондирования области мезопаузы. Было продемонстрировано, что главной особенностью нелинейных фотохимических осцилляций с периодом 2 суток является значительное - на несколько порядков величины - различие концентраций атомарного водорода в конце следующих друг за другом ночей. Обязательным условием возникновения двухсуточных осцилляций является сильное (более чем на порядок) замедление эволюции концентрации атомарного водорода в конце ночей с его высокой концентрацией. Использование найденных индикаторов для обработки данных эксперимента SABER (Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry), полученных с помощью прибора, установленного на спутнике TIMED (Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics), позволило выявить около 200 эпизодов в течение 1 года измерений, удовлетворяющих найденным критериям. Таким образом, получены первые экспериментальные свидетельства возбуждения нелинейных фотохимических колебаний в атмосфере Земли.
Авторы: М.Ю. Куликов, М.В. Беликович, А.М. Фейгин (Институт прикладной физики РАН)
Kulikov M.Yu., Belikovich M.V., Feigin A.M., The 2-day photochemical oscillations in the mesopause region: the first experimental evidence? // Geophysical Research Letters, 48, e2021GL092795, 2021.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИПФ РАН
