Диссертация (1149451), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Результаты систематизации данныхракетных измерений высоты [Шефов, 1975] указывают на то, что высота слоясущественно варьируется в течение суток, ночью максимум интенсивностислоя находится вблизи 90 км, а в дневное время – слой опускается до уровняоколо 50 км, что является следствием изменения процессов возбуждения.в дневноеОсновными процессами образования молекулвремя, согласно [Wallace, Hunten, 1968], являются:(5)(6)(7)31 Выше 100 км главным процессом образованияявляетсяреакция (5). Резонансное рассеяние (6) преобладает на высотах от 65 до 100км и фотолиз озона от 30 до 65 км.В работе [Данилов, Власов, 1973] рассматривались возможныемеханизмы возбуждения эмиссии атмосферных полос в ночное время, былпредложен следующий механизм образования молекул:(8)Молекулярный кислород здесь образовывается, как в основномэлектронном состоянии с колебательным возбуждением, так и в состоянияхи.
Распад озона на атом кислорода (8) может дать некоторыйвклад в свечение атмосферных полос лишь на высотах около 80 км; выше всвязи с падением концентрации озона этот процесс не обеспечивает. Одним из наиболее быстрыхнеобходимых концентраций, являетсяпроцессов, приводящих к образованию молекул в состояниереакция (5). Однако, этот процесс обеспечивает свечение атмосферных полосвыше 100 км и дает существенный вклад в свечение ниже 70 км в дневноевремя. В это время, как известно,образуется при фотодиссоциации O2и O3. В ночное же время образование атомарного кислорода в состояниеосуществляетсяприпомощипроцессоввзаимодействияозонасвозбужденным атомарным кислородом.
Мак-граф и Норриш [McGrath,Norrish, 1957] исследовали цепь реакций образования:(9)(10)Образующиеся в реакции (9) колебательно-возбужденные молекулыкислородавосновномэлектронномсостояниивзаимодействие с озоном и вновь образуютсновавступают, при условии, чтоколебательное возбуждение О2 было не ниже, чем на уровне v=17.32 воНа основе лабораторных данных в работе [McGrath, McGarvey, 1967]сообщается, что в реакции (7.24) могут образовываться молекулы кислородав электронном состояниии. В таком случае реакция (7.25) приметследующий вид:(11)Кадле [Cadle, 1964] предложил, что ультрафиолетовое излучениерадиативной ассоциации(12)является источником фотодиссоциации озона. Реакция (12) можетили в основномобразовывать молекулярный кислород в состоянииэлектронном состоянии с высоким колебательным возбуждением.могут затем по реакциям (9) - (11) преобразовываться ви. Особенностью состоянияявляется то, что большинствопроцессов с участием возбужденных атомов и молекул кислорода населяютименно это электронное состояние.
Таким образом, все первичные и.вторичные продукты реакции (12) образуютЗавершающий процесс излучения имеет вид:ВажнымпараметромэмиссииО2(0-1)являетсявращательнаятемпература.Вращательная температура отображает температуру атмосферы, таккак вращательная релаксация полностью завершается вследствие большогорадиационного времени жизни. Но спектральная структура полосы неразрешается из-за дисперсии спектральных приборов. Поэтому в данномслучаетемператураопределяетсяпутемсопоставленияизмеренныхконтуров с теоретическими синтетическими контурами, вычисленными дляразличных температур, как показано на рисунке 1.7 [Шефов и др., 2006].33 Рисунок 1.7.
Спектральная структура полосы (0–1) О2 864.5 нма – примеры измеренных профилей, б – вычисленные синтетическиепрофили для указанных температур и ширине инструментальногопрофиля [Берг, Шефов, 1962].34 1.4.Заключение по главе 1В первом разделе данной главы сделан обзор области мезопаузы, гдеболее подробно рассмотрены ее основные особенности. В этой областивысвечиваются эмиссии молекул гидроксила и молекулярного кислорода,которые можно регистрировать с помощью инфракрасного дифракционногоспектрографа.
По вариациям вращательных температур этих тонких слоевможно выявить прохождение масштабных волн с периодом до несколькихчасов, например солнечных полусуточных термических приливов. Знаявысоты свечения молекулярных эмиссий гидроксила и кислорода можноопределить их амплитуды и фазы. Поэтому в последнем разделе этой главыбыли подробно рассмотрены такие процессы возникновения собственногоизлучения верхней атмосферы как излучения молекул гидроксила икислорода.
Также дается краткое описание механизма образования иповедения солнечных приливов.При помощи другого оптического прибора – камеры всего неба,появляется возможность визуально идентифицировать прохождение черезближнюю инфракрасную область короткопериодических ВГВ. Известно, чтоВГВ являются доминирующими составляющими транспортировки энергии иимпульса с нижележащих слоев на верхнюю атмосферу. Один из разделовданной главы посвящен ВГВ, где более подробно изложено о современномсостоянии исследований.Отметим, что подобные исследования на высоких широтах на такоммассиве данных с такими длинными рядами ранее не проводились.35 ГЛАВА 2.
КОМПЛЕКС ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВКомплекс оптических приборов, данные которых использованы внастоящей работе, установлены в оптическом полигоне Маймага ИКФИА СОРАН, расположенной в точке с координатами 63.04°N, 129.51°E., в 130 кмсевернее г. Якутска, вдали от крупных населенных пунктов для исключениятехногенного загрязнения и световых помех. Основным преимуществомтакже является возможность проведения продолжительного непрерывногонаблюдения (до 14 часов) в зимнее время, благодаря относительновысокоширотному расположению станции наблюдения. С другой стороны,из-за относительно невысокой геомагнитной широты (L~58˚ на эпоху 2015 г.)вероятность появления полярных сияний, оказывающих помеху приобработкеданных,относительноневысока,толькоприсильныхгеомагнитных бурях сияния доходят до зенита.
Следует отметить, чтонемаловажнымобусловленнымфакторомявляетсябольшоерезко-континентальнымчислоклиматомясныхЯкутии.ночей,Всевышеуказанные факторы позволяют получать длительные ряды непрерывныхданных с хорошим качеством.Представляемый оптический комплекс, используемый в даннойработе, состоит из: камеры всего неба (угол зрения 180˚) с регистратором наПЗС матрице для исследования пространственных неоднородностей свеченияночного неба по излучению гидроксила; инфракрасного спектрографа,созданного на базе светосильного спектрографа СП-50 [Герасимова,Яковлева, 1956] с установкой цифрового регистратора на ПЗС матрице ипредназначенного для измерения вращательной температуры молекулгидроксила и атомарного кислорода в ближней инфракрасной области; новыйинфракрасный цифровой спектрограф на базе монохроматора Shamrock срегистратором на фотодиодной линейке ANDOR.
Такой же спектрографустановлен на Полярной геофизической обсерватории (ПГО) Тикси (71,35°N,128,46°E).Дляисследованияширотных36 особенностейраспределениятемпературы мезопаузы и ее зависимости от уровня солнечной игеомагнитной активности планируется создание меридиональной сетиспектрографов и камер всего неба с дополнительным размещениеманалогичных приборов в Нерюнгри, Южная Якутия (56,7°N, 124,7°E)2.1. Инфракрасная цифровая камера всего небаКамеры всего неба широко применяются вметеорологии иастрономии для фотографирования неба.
В основном их используют дляизучения полярных сияний, облачного покрова и слежения за небеснымителами. Например, первые камеры всего неба (all-sky camera) былиразработаны для съемки полярных сияний на высокочувствительнуюкинопленку. В СССР была разработана и широко распространена камера С180. С развитием цифровой фотографии и повышением чувствительностиПЗС приемников, в последние годы камеры всего неба получают всеширокое распространение, расширяются области их применения.
Дляисследования полярных сияний и свечения ночного неба метеорнойактивности за рубежом созданы целые сети таких камер, например, THEMIS(https://www.nasa.gov/mission_pages/themis/spacecraft/asi.html),ASGARD(http://fireballs.ndc.nasa.gov) некоторые даже с online-доступом.Первые исследования по визуализации волновых структур в эмиссияхсвечения ночного неба, в основном, проводились на средних и низкихширотах в периоды кратковременных экспедиций [Taylor et al., 1987; Tayloret al., 1995; Swenson, Mende, 1994; Hecht et al., 1995]. В рамках исполнениямеждународной программы PSMOS (Planetary Scale Mesopause ObservingSystem), нацеленной на развертывание системы наблюдения за состояниеммезопаузы в планетарном масштабе, появились стационарные пунктырегистрации волновых картин оптическим методом [Nakamura et al., 1999;Walterscheid et al., 1999; Gavrilyeva, Ammosov, 2002; Medeiros et al., 2003].Одним из стационарных пунктов стал высокоширотный оптический полигон37 Маймага [Gavrilyeva, Ammosov, 2002].
Для этого в 1998 году в Институтекосмофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН былаизготовлена и внедрена в практику регулярных наблюдений цифровая камеравсего неба, способная регистрировать пространственную неоднородность вэмиссиях свечения ночного неба.На рисунке 2.1 приведена оптическая схема камеры всего небаИКФИА. Она состоит из широкоугольного объектива "рыбий глаз" (FisheyeNikkor 8 мм, f/2.8), угол зрения которого равен 180°, линзы поля(коллектива), конденсорной линзы (f = 210 мм), широкополосногостеклянного фильтра КС17, пропускающего свет в ближней инфракраснойобласти спектра (более 660 нм) и на выходе объектив ОКП-70 (f = 70 мм).Рисунок 2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
