Диссертация (1149451), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Эти непрерывные части входят в моделируемый спектр ввиде слагаемых:73 S'(i)=A+B*K(i)+C*K(i)*S(i),где A - накопленный шум прибора;B - непрерывная составляющая спектра,K(i) - неоднородность поля матрицы, приведенная на рисунке 2.8,C - коэффициент подгонки.Так моделируется интенсивность свечения в выделенной приборомобласти длин волн, где находятся интересующие нас Р-линии гидроксила.Построенный синтетический контур подгоняется к измеренному поминимумусреднеквадратичногоотклонения.Длянахождениякоэффициентов подгонки А, В и С решается система линейных уравнений,составленныхдлякаждойточкидискретизациипоминимумусреднеквадратичного отклонения реального контура от синтетического,вычисленногоприопределеннойтемпературе.Подгонкаконтуровпроизводилась при заданных температурах от 100ºК до 300ºК с шагом в 2ºК.Температура выбиралась та, при которой среднеквадратичное отклонениесинтетическогоконтураотэкспериментальноизмеренногобыломинимальным.
Пример такой оценки приведен на рисунке 4.2. Сплошнойлинией нанесен экспериментальный спектр ОН(6,2) пунктирной линиейпоказан синтетический контур.В результате такой оценки вращательных температур получаемвременныерядывращательнойтемпературынаблюдаемую ночь.74 эмиссииОН(6,2)заРисунок 4.2. Пример подгонки синтетического и реального контуров Рлиний полосы ОН(6,2), полученного 12 января 2015 года. Сплошная краснаялиния - реальный спектр, зеленая - модельный спектр.Рисунок 4.3. Пример ночного хода вращательных температурэмиссии ОН(6,2) и О2(0-1), полученные 27 декабря 2010 года.75 Как показывают оценки, случайные ошибки измерения температурылежат в пределах 2–5 К в зависимости от уровня отношения сигнал/шум.
Привысокой геомагнитной активности возможно наложение линии атомарногокислорода на полосу OH(6,2). Чтобы избежать систематических ошибок приоценке температуры, вызванных эффектом наложения линии атомарногокислорода, при минимизации квадрата среднеквадратичного отклоненияобласть атомарного кислорода исключалась.Выше описанная методика определения вращательной температурыгидроксила была использована и для молекулярного кислорода.
Длины волн,факторы для p, R, Q ветвей были взяты из атласа спектров [Krassovsky et al.,1962]. Ошибки измерения вращательных температур составляет 2-5 К.В исследовании использованы результаты выделения параметровполусуточного прилива из временных рядов вращательной температуры,полученных с 1999 по 2005 годы. Для анализа были отобраны данныеспектрографа с октября по март, когда длительность наблюдений была неменее 8 ч.
За 6 сезонов критерий отбора прошли данные 381 ночинаблюдений, что позволило исследовать сезонную вариацию параметровполусуточного прилива.Ввариацияхтемпературныхрядовприсутствуютнетолькоприливные компоненты, но и флуктуации, связанные с ВГВ, амплитудыкоторых сопоставимы, а иногда и больше амплитуды приливов.Для того чтобы уменьшить влияние ВГВ на искомые параметры,температурные ряды были сгруппированы по часам, затем находилосьсреднее их значение.Амплитуда (А) и фаза (θ), определенная как время максимумаполусуточного прилива, плюс средненочная составляющая (Ао) былиопределены приближением к ряду методом наименьших квадратов модели:Аo + A cos(Ω(t - θT)),где Ω = 2π/12 часов, t – местное солнечное время.76 Критерием пригодности приближения служил уточненный квадратсмешанной корреляции R2> 0,2.
В результате такого отбора 214 рядовОН(6,2) и 226 рядов О2 (0-1) оказались пригодными для оценки параметровполусуточного прилива. Ошибки оценки амплитуды и фазы приливных волнвычислялись исходя из значений полуширины 95% доверительногоинтервала оценки коэффициентов регрессии.4.2. Исследование параметров распространения полусуточноготермического приливаНа рисунке 4.4 приведен пример подгонки полусуточной вариациивращательных температур молекул ОН(6,2) и О2(0-1). В эту ночь 13 января2005 года длительность наблюдений составляла около 11 часов.
Известно,что зимой на высоких широтах мезопауза расположена на высоте около 100км и следовательно температура на высоте излучения О2 (~95 км) должнабыть ниже, чем на высоте слоя ОН (~87 км). На рисунке 4.4 четко видно, чтов среднем вращательная температура О2 ниже, чем температура ОН.Амплитуда полусуточного прилива в полосе гидроксила равна 4.8 К, а полосемолекулярного кислорода 7.0 К.
Фаза волны в температуре О2 опережаетфазу волны в температуре ОН примерно на 1 час, что соответствуетперемещению фазового возмущения сверху вниз. В обеих эмиссиях ошибкиоценки амплитуды составляли примерно 1 К и ошибки оценки фазы ~ 0.5часа. Рост амплитуды волны с высотой и направленная вниз фазоваяпрогрессия позволяет интерпретировать ее как полусуточный прилив,источник которого находится в нижних слоях атмосферы.77 13 января 2005230Температура, K220210200полусуточный прилив в TOHTOH190полусуточный прилив в TO2TO218018:3820:3822:380:382:38Местное солнечное время4:386:38Рисунок 4.4. Пример выделения приливной компоненты в измеренияхтемпературы верхней мезосферы в ночь с 13 на 14 января 2005 г.
Черныекружки, соответствуют вращательной температуре эмиссии ОН(6,2),открытые кружки, – вращательной температуре эмиссии О2 (0-1). Сплошнаяи штриховая плавные линии указывают полусуточный прилив в обеихэмиссиях. Амплитуда волны в слое гидроксила равна 4.8 К, а в слоемолекулярного кислорода - 7.0 К. Фаза волны в температуре О2 опережаетфазу волны в температуре ОН примерно на 1 час.Для исследования сезонного хода полусуточного прилива в течениезимы, найденные амплитуды и фазы были отобраныпо месяцам. Былиоценены среднемесячные значения амплитуды и фазы полусуточной волны вобеих эмиссиях. Погрешность измерения в каждом месяце была принятаравной среднеквадратичному отклонению оценки среднего. На рисунке 4.5приведены амплитуды 12-часовых вариаций во вращательных температурахмолекул гидроксила и кислорода. Амплитуда волны на высоте излучениямолекулярного кислорода (~95 км) больше 2 К, чем на высоте свечениягидроксила (~87 км), и равна 8 К.
Фазы прилива в обеих эмиссиях приведенына рисунке 4.6. За исключением ноября полусуточный прилив на высотеизлучения молекулярного кислорода опережает по фазе колебание на высоте78 излучения гидроксила. В среднем фаза полусуточного прилива на высотесвечения ОН равна ~5.7 часам, а на высоте О2 составляет около 6.4 часа.Т, К141210864Амплитуда прилива в ТОН2Амплитуда прилива в ТО20октябрьноябрь декабрьянварь февральмартРисунок 4.5.
Среднемесячные амплитуды полусуточного прилива вовращательной температуре ОН(6,2) (темные кружки) и О2(0-1) (светлыекружки). Средняя амплитуда на высоте свечения ОН (87 км) равна примерно6 К, а на высоте О2 (95 км) – 8 К.Часы1210864Фаза прилива в ТОН2Фаза прилива в ТО20октябрьноябрьдекабрьянварь февральмартРисунок 4.6. Среднемесячные фазы полусуточного прилива во вращательнойтемпературе ОН(6,2) (темные кружки) и О2(0-1) (светлые кружки). Фазауказана в часах местного солнечного времени.79 Сезонные изменения приливных колебаний в температуре мезопаузыбыли исследованы посредством лидарного зондирования на среднеширотнойстанции Fort Collins (40.6° N, 105° W) [Williams et al., 1998].
Амплитудаполусуточного прилива над Маймагой с октября по март почти стабильна навысоте излучения ОН (~87 км). На высоте излучения О2, которая считаетсяравной 95 км, скачок величины амплитуды наблюдается в марте, чтопримерно на месяц раньше, чем в Fort Collins. Среднемесячные амплитуды,полусуточного прилива, наблюдаемые в эмиссионном слое гидроксила равна6 К, на высоте излучения молекулярного кислорода ~ 8 К, что соответствуетросту амплитуды волны с высотой. Значения амплитуд волн, полученные понашим измерениям, несколько меньше, но рост амплитуды с высотой в обоихизмерениях равен 2 К.Согласно теории приливных колебаний наибольшие амплитудыполусуточные колебания должны наблюдаться на низких и средних широтахи по мере продвижения к полюсу приливные колебания должны исчезать[Walterscheid, Schubert, 1995]. Однако по многочисленным измерениямприливы наблюдаются повсеместно.
Даже в верхней атмосфере полярнойшапки есть колебания, которые можно отнести к приливным волнам[Walterscheid, Sivjee, 1996; Oznovich et al., 1997; Fisher et al., 1999].Амплитуда полусуточного прилива, измеренного на высоких широтах надМаймагой, имеет амплитуду, несколько меньшую по сравнению с приливомна средних широтах. Последнее согласуется с теорией приливных колебаний.Так как источник полусуточного термического прилива находится втропосфере и стратосфере, возмущение на большей высоте должнаопережать по фазе возмущение на меньшей высоте.
На рисунке 4.6 видно,что за исключением ноября действительно наблюдается опережение среднихза месяц фаз прилива на уровне слоя ОН относительно уровня слоя О2.Значение фазы на высоте свечения О2 равна 6.4 часам, а на высоте ОН 5.7часам, что соответствует характеристикам полусуточного прилива в80 температуре мезопаузы, полученным по данным лидара в Форт Коллинзе(FortCollins) в сентябре [Zhao et al., 2005]. В отличие от амплитуды в мартесущественных вариаций значения фазы не наблюдается.4.3. Заключение по главе 4Таким образом, исследован полусуточный термический прилив вобласти высокоширотной мезопаузы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
