Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
УДК 53 Физика
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
Исследования верхней атмосферы должны выполняться с использованием оптических фотометрических и спектрометрических средств. Современные устройства позволяют вести прецизионную фотометрию свечения ночной атмосферы с высоким временным, пространственным и спектральным разрешением. Получаемые параметры свечения позволяют определять физико-химические свойства верхней атмосферы, наблюдать их вариации под действием различных факторов. Создающийся в Восточной Сибири Национальный гелиогеофизический комплекс должен иметь в своем составе определенный набор современных оптических инструментов. В работе обсуждаются основные явления, которые будут исследоваться оптическими инструментами комплекса, изложены сведения о составе и задачах этих инструментов, приведены результаты предварительных исследований, выполненных с помощью прототипов инструментов. В результате исследований установлено наличие существенного (около 10 м/с) вертикального ветра на разных высотах (100 и 250 км), продемонстрирована важность его учета для исследования вертикальной динамики заряженной компоненты. Многолетняя динамика вертикального ветра на высоте около 100 км имеет выраженный сезонный ход и отсутствие суточных вариаций, в то время как на высоте 250 км она имеет выраженный суточный ход, наиболее ярко проявляющийся в зимнее время. Это говорит о предполагаемом наличии вертикальных циркуляционных ячеек на разных высотных уровнях. Демонстрируются возможности методов оптической стереоскопии и дифференциального анализа изображений в применении к исследованию быстрых светящихся образований и проведению активных наземных и космических экспериментов по модификации ионосферы Земли. Приведены результаты определения трехмерной картины долгоживущего метеорного следа с использованием двух широкоугольных камер. Предложен алгоритм, который позволяет получить стереоизображение происходящих в верхней атмосфере событий, зарегистрированных одновременно с разных точек наблюдений. Показано, что совместная работа инструментов всего комплекса и развитие сотрудничества со сторонними организациями являются достаточно хорошим направлением дальнейшего исследования вертикальной динамики верхней атмосферы Земли и явлений космической погоды.
свечение верхней атмосферы, фотометр, дифракционный спектрометр, интерферометр Фабри—Перо, камера всего неба, стереоскопия, горизонтальный ветер, вертикальный ветер, метеоры, атмосферное электричество, искусственная модификация ионосферы
1. Астапович И.О. Метеорные явления в атмосфере Земли. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1958. 634 с.
2. Бабаджанов П.Б., Обрубов Ю.В. Метеороидные рои: образование, эволюция, связь с кометами и астероидами // Астрономический вестник. 1991. Т. 25, № 4. С. 387.
3. Белецкий А.Б., Михалев А.В., Черниговская М.А. и др. Исследование возможности проявления деятельности тропических циклонов в собственном свечении атмосферы Земли // Иссл. Земли из космоса. 2010. № 4. С. 41–49.
4. Белецкий А.Б., Михалев А.В., Хахинов В.В., Лебедев В.П. Оптическое проявление работы бортовых двигателей низкоорбитальных космических аппаратов // Солнечно-земная физика. 2016. Т. 2, № 4. С. 85–91. DOI: 10.12737/ 21169.
5. Васильев Р.В., Артамонов М.Ф., Белецкий А.Б. и др. Регистрация параметров верхней атмосферы Восточной Сибири при помощи интерферометра Фабри—Перо KEO Scientific «Arinae» // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 3. С. 70–87. DOI: 10.12737/szf-33201707.
6. Васильев Р.В., Артамонов М.Ф., Мерзляков Е.Г. Сравнительный статистический анализ поведения скорости нейтрального ветра в области мезосферы / нижней термосферы средних широт по данным измерений метеорным радароми интерферометром Фабри—Перо // Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4, № 2. С. 86–95. DOI: 10.12737/szf-42201808.
7. Воронцов-Вельяминов В.А. Очерки о Вселенной. Химический состав Земли и метеоритов. М.: Наука, 1969. Т. 1. 476 с.
8. Гаврилова Л.А. О диффузном пропускании атмосферой ночного излучения верхних слоев // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1987. Т. 23, № 10. С. 1098–1101.
9. Горелый К.И., Дегтярев В.И., Курилов В.А. Природа флуктуаций отношения основных авроральных эмиссий во время суббурь // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1977. Вып. 43. С. 86–89.
10. Ермилов С.Ю., Михалев А.В. Быстрые вариации в оптическом излучении неба средних широт // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1989. Вып. 84. С. 119–125.
11. Иванов К.И., Комарова Е.С., Васильев Р.В. и др. Исследование дрейфа метеорного следа по данным базисных наблюдений // Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 1. С. 100–106. DOI: 10.12737/szf-51201911.
12. Исследование радиационных характеристик аэрозоля в Азиатской части России / под ред. С.М. Сакерина. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2012. 484 с.
13. Комарова Е.С., Михалев А.В. Проявление метеорной активности потока Леониды в излучении верхней атмосферы Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 2. С. 277–287.
14. Мак-Кинли Д. Методы метеорной астрономии / пер. с англ. под ред. Л.А. Катасева, М.: Мир, 1964. 383 c.
15. Мартыненко В.В. Задачи и методы любительских наблюдений метеоров. М.: Наука, 1967. 77 c.
16. Михалев А.В. Излучение верхней атмосферы Земли в эмиссии [OI] 557.7 нм в периоды сейсмических событий в Байкальской рифтовой зоне // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29, № 12. С. 1068–1072.
17. Михалев А.В., Тащилин М.А. Некоторые задачи солнечно-земной физики, связанные с образованием и динамикой атмосферного аэрозоля // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20, № 6. С. 555–558.
18. Михалев А.В., Хахинов В.В., Белецкий А.Б., Лебедев В.П. Оптические эффекты работы бортового двигателя космического аппарата «Прогресс М-17M» на высотах термосферы // Косм. иссл. 2016. Т. 54, № 2. С. 113–118.
19. Михалев А.В., Белецкий А.Б., Васильев Р.В. и др. Спектральные и фотометрические характеристики среднеширотного сияния во время магнитной бури 17 марта 2015 г. // Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4, №. 4. С. 54–61. DOI: 10.12737/szf-44201806.
20. Михалев А.В., Тащилин М.А., Сакерин С.М. Влияние атмосферного аэрозоля на результаты наземных наблюдений излучения верхней атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32, № 3. С. 202–207.
21. Михалев А.В., Васильев Р.В., Белецкий А.Б. Эффекты кратковременного увеличения интенсивности излучения атомарного кислорода [OI] 630.0 нм на высотах нижней термосферы, обусловленные техногенной деятельностью // Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60, № 1. С. 116–125.
22. Тащилин М.А., Белецкий А.Б., Михалев А.В. и др. Некоторые результаты наблюдений пространственных неоднородностей в излучении эмиссии гидроксила // Солнечно-земная физика. 2010. Вып. 15. С. 131–134.
23. Торошелидзе Т.И., Фишкова Л.М. Анализ колебаний ночного излучения средней и верхней атмосферы, предшествующих землетрясениям // Докл. АН СССР. 1988. Т. 302, № 2. С. 313–316.
24. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы — индикатор ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 2006. 741 с.
25. Bernhardt P.A., Wong М., Huba J.D., et al. Optical remote sensing of the thermoshere with HF pumped artificial airglow // J. Geophys. Res. 2000. V. 105, N A5. P. 10657–10671.
26. Biondi A.A., Sipler D.P., Hake R.D. Optical (λ6300) detection of radio frequency heating of electrons in the F region // J. Geophys. Res. 1970. V. 75, N 31. P. 6421. DOI: 10.1029/ JA075i031p06421.
27. Borovička J., Spurný P., Keclíková J. A new positional astrometric method for all-sky cameras // Astron. Astrophys. Suppl. 1995. V. 112. P. 173–178.
28. Chapman S. Geomagnetismus. Oxford, 1940. V. 1–2. 149 p.
29. Clemesha B.R., de Medeiros A.F., Gobbi D., et al. Multiple wavelength optical observations of a long-lived meteor trail // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28, N 14. P. 2779–2782. DOI: 10.1029/2000GL012605.
30. Cooray V. An Introduction to Lightning. Springer, 2015. 386 p.
31. Ermilov S.Yu., Mikhalev A.V. Optical manifestation of microbursts of electron fluxes // J. Atmos. Terr. Phys. 1991. V. 53, N 11/12. P. 1157–1160.
32. Fabre F., Marini A., Sidler T., et al. A demonstrator for an incoherent Doppler wind lidar receiver // Proc. SPIE. 2018. V. 10570. 1057005.
33. Kelley M.C., Gardner C., Drummond J., et al. First observations of long-lived meteor trains with resonance lidar and other optical instruments // Geophys. Res. Lett. 2000. V. 27, N 13. P. 1811–1814. DOI: 10.1029/1999GL011175.
34. Kouahla M.N., Moreels G., Faivre M., et al. 3D imaging of the OH mesospheric emissive layer // Adv. Space Res. 2010. V. 45. P. 260–267.
35. Lu M.-R., Chen P.-Y., Kuo C.-L., et al. Recent work on sprite spectrum in Taiwan // Terr. Atmos. Oceanic Sci. 2017. V. 28, N 4. DOI: 10.3319/TAO.2016.08.26.02.
36. Ma J., Xue X., Dou X., et al. Large-scale horizontally enhanced sodium layers coobserved in the midlatitude region of China // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. V. 124, N 9. P. 7614–7628.
37. Medvedev A.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., et al. Method for determining neutral wind velocity vectors using measurements of internal gravity wave group and phase velocities // Atmosphere. 2019. V. 10, iss. 9. DOI: 10.3390/atmos 10090546.
38. Medvedeva I., Ratovsky K. Studying atmospheric and ionospheric variabilities from long-term spectrometric and radio sounding measurements // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120, iss. 6. P. 5151–5159. DOI: 10.1002/2015 JA021289.
39. Medvedeva I.V., Ratovsky K.G. Solar activity influence on the mesopause temperature and F2 peak electron density // 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium — Spring (PIERS-SPRING). 2019. P. 3958–3964.
40. Medvedeva I.V., Semenov A.I., Pogoreltsev A.I., et al. Influence of sudden stratospheric warming on the mesosphere/lower thermosphere from the hydroxyl emission observations and numerical simulations // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2019. V. 187. P. 22–32. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.02.005.
41. Mikhalev A.V. Mid-latitude airglow during heliogeophysical disturbances // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V. 51, N 7. P. 974–978.
42. Mikhalev A.V., Popov M.S., Kazimirovsky E.S. The mani-festation of seismic activity in 557.7 nm emission variations of the Earth’s upper atmosphere // Adv. Space Res. 2001. V. 27, N 6-7. P. 1105–1108.
43. Nicoll K.A. Space weather influences on atmospheric electricity // Weather. 2014. V. 69, N 9. P. 238–241. DOI: 10.1002/ wea.2323.
44. Nwankwo V., Chakrabarti S., Weigel B. The effect of solar forcing induced atmospheric perturbations on LEO satellites’ nominal aerodynamic drag // 42nd COSPAR Scientific Assembly. 14–22 July 2018, Pasadena, California, USA. 2018. Abstract id. PSD.1-12-18.
45. Oppenheim M.M., Dimant Y. Meteor trails in the lower thermosphere: what do large radars really detect? // American Geophysical Union, Fall Meeting 2014, abstract id.SA41D-02.
46. Owens M.J., Scott C.J., Bennett A.J., et al. Lightning as a space-weather hazard: UK thunderstorm activity modulated by the passage of the heliospheric current sheet // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42, N 22. P. 9624–9632. DOI: 10.1002/2015 GL066802.
47. Pedatella N.M., Chau J.L., Schmidt H., et al. How sudden stratospheric warming affects the whole atmosphere // Eos. 2018. V. 99. DOI: 10.1029/2018EO092441.
48. Rishbeth H. The effect of winds on the ionospheric F2-peak // J. Atmos. Terr. Phys. 1967. V. 29, N 3. P. 225–238. DOI: 10.1016/0021-9169(67)90192-4.
49. Rudawska R., Zender J., Koschny D., et al. A spectroscopy pipeline for the Canary island long baseline observatory meteor detection system // Planetary and Space Sci. 2020. V. 180. 104773.
50. Shindin A.V., Klimenko V.V., Kogogin D.A., et al. Spatial characteristics of the 630-nm artificial ionospheric airglow generation region during the SURA facility pumping // Radio-physics and Quantum Electronics. 2018. V. 60, N 11. P. 849–865. DOI: 10.1007/s11141-018-9852-0.
51. Shiokawa K., Ogawa T., Kamide Y. Low-latitude auroras observed in Japan: 1999–2004 // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. Р. A05202. DOI: 10.1029/2004JA010706.
52. Shiokawa K., Otsuka Y., Oyama S., et al. Development of low-cost sky-scanning Fabry — Perot interferometers for airglow and auroral studies // Earth, Planets and Space. 2012. V. 64. P. 1033–1046. DOI: 10.5047/eps.2012.05.004.
53. Siingh D., Singh R.P., Singh A.K., et al. Solar activity, lightning and climate // Surveys in Geophysics. 2011. V. 32, N 6. P. 659–703. DOI: 10.1007/s10712-011-9127-1.
54. Tkachev I.D., Vasilyev R.V., Mikhalev A.V., et al. Recording optical flashes in the night atmosphere from CCD photometer // Proc. SPIE 10466, 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 30 November 2017. 1046648. DOI: 10.1117/12.2288293.
55. Tkachev I.D., Vasilyev R.V., Mikhalev A.V., Podlesny S.V. Simultaneous observations of fast optical events in the Earth’s atmosphere by optical devices complex // Proc. SPIE 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 18 December 2019. 112089C. DOI: 10.1117/12.2540839.
56. Whiter D.K., Gustavsson B., Partamies N., Sangalli L. A new automatic method for estimating the peak auroral emission height from all-sky camera images // Geoscientific Instrumentation, Methods and Data Systems. 2013. V. 2. P. 131–144. DOI: 10.5194/gi-2-131-2013.
57. Wu Q., Li H., Wang C. Lightning response during Forbush decrease in the tropics and subtropics // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2019. V. 195, article id. 105134. DOI: 10.1016/j.jastp. 2019.105134.
58. URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056 (дата обращения 30 сентября 2019 г.).
