The Response of the Airglow of the Mesopause Region
to Short-Term Changes in Solar Activity

V. I. Perminov; Перминов В. И.; N. N. Pertsev; Перцев Н. Н.; P. A. Dalin; Далин П. А.; V. A. Semenov; Семенов В. А.; V. A. Sukhodoev; Суходоев В. А.; I. V. Medvedeva; Медведева И. В.; Yu. A. Zheleznov; Железнов Ю. А.

doi:10.31857/S0016794022060116

Отклик собственного излучения области мезопаузы на короткопериодические изменения солнечной активности

Авторы: Перминов В.И.¹, Перцев Н.Н.¹, Далин П.А.²^,3, Семенов В.А.¹, Суходоев В.А.¹, Медведева И.В.¹^,4, Железнов Ю.А.⁵
Учреждения:
1. Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
2. Шведский институт космической физики
3. Институт космических исследований РАН
4. Институт солнечно-земной физики СО РАН
5. Институт электрофизики и электроэнергетики РАН
Выпуск: Том 63, № 1 (2023)
Страницы: 63-72
Раздел: Статьи
URL: https://kazanmedjournal.ru/0016-7940/article/view/651039
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016794022060116
EDN: https://elibrary.ru/ACRJLQ
ID: 651039

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Исследовано влияние 27-суточной солнечной осцилляции на температуру и интенсивность излучения области мезопаузы по одночасовым полуночным наблюдениям полос О₂А(0-1) и ОН(6-2) на Звенигородской научной станции в период 2000−2021 гг. Установлено, что отклик на изменение солнечной активности наблюдается во всех характеристиках атмосферного излучения как по годовым, так и по сезонным данным. В зимний период они статистически значимы для всех характеристик атмосферного излучения, а летом только для интенсивности О₂А(0-1). В летний период положительный отклик для излучения молекулярного кислорода ниже зимнего значения приблизительно в 2 раза. Обнаружено, что вариации в характеристиках атмосферного излучения находятся близко к противофазе с 27-суточной солнечной осцилляцией. При этом температура излучающего гидроксила в зимний период испытывает колебания со сдвигом на треть периода относительно максимума солнечной вариации.

Список литературы

− Перминов В.И., Семенов А.И., Медведева И.В., Перцев Н.Н. Изменчивость температуры в области мезопаузы по наблюдениям гидроксильного излучения на средних широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 2. С. 246−256. 2014.
− Перминов В.И., Перцев Н.Н., Далин П.А., Железнов Ю.А., Суходоев В.А., Орехов М.Д. Сезонные и многолетние изменения интенсивности атмосферного излучения О2(b1Σ) и OH(X2Π) области мезопаузы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 4. С. 532−543. 2021.
− Cеменов А.И., Баканас В.В., Перминов В.И., Железнов Ю.А., Хомич В.Ю. Спектр излучения ночной верхней атмосферы Земли в ближней инфракрасной области // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 42. № 3. С. 407− 414. 2002.
− Шефов Н.Н. Некоторые свойства гидроксильного излучения // Полярные сияния и свечение ночного неба. № 13. С. 37−43. 1967.
− Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы – индикатор ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 740 с. 2006.
− Шпынев Б.Г., Ойнац А.В., Лебедев В.П., Черниговская М.А., Орлов И.И., Белинская А.Ю., Грехов О.М. Проявление гравитационных приливов и планетарных волн в долговременных вариациях геофизических параметров // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 4. С. 540–552. 2014.
− Ярин В.И. Связь гидроксильного излучения с метеорологическими условиями над Якутском // Полярные сияния и свечение ночного неба. № 18. С. 18−20. 1970.
− Bittner M., Offermann D., Graef H.H. Mesopause temperature variability above a midlatitude station in Europe // J. Geophys. Res. V. 105. № D2. P. 2045−2058. 2000.
− Brasseur G., Solomon S. Aeronomy of the middle atmosphere. Dordrecht: Springer, 646 p. 2005.
− Dalin P., Pertsev N., Perminov V. et al. Response of noctilucent cloud brightness to daily solar variations // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 169. P. 83−90. 2018.
− Dalin P., Perminov V., Pertsev N., Romejko V. Updated long-term trends in mesopause temperature, airglow emissions, and noctilucent clouds // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 125. e2019JD0308142020.https://doi.org/10.1029/2019JD030814
− Dyrland M.E., Sigernes F. An update on the hydroxyl airglow temperature record from the Auroral Station in Adventdalen, Svalbard (1980−2005) // Can. J. Phys. V. 85. P. 143−151. 2007.
− Gao H., Xu J., Chen G.-M. The responses of the nightglow emissions observed by the TIMED/SABER satellite to solar radiation // J. Geophys. Res. – Space. V. 121. P. 1627–1642. 2016.
− Gruzdev A.N., Schmidt H., Brasseur G.P. The effect of the solar rotational irradiance variation on the middle and upper atmosphere calculated by a three-dimensional chemistry-climate model // Atmos. Chem. Phys. V. 9. P. 595−619. 2009.
− Guharay A., Batista P.P., Buriti R.A., Schuch N.J. Signature of the 27-day oscillation in the MLT and its relation with solar irradiance and convection // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 161. P. 1−7. 2017.
− Fytterer T., Santee M.L., Sinnhuber M., Wang S. The 27 day solar rotational effect on mesospheric nighttime OH and O3 observations induced by geomagnetic activity // J. Geophys. Res. V. 120. P. 7926–7936. 2015.
− Hall C.M., Aso T., Tsutsumi M., Hoffner J., Sigernes F., Holdsworth D.H. Neutral air temperature at 90 km and 70° N and 78° N // J. Geophys. Res. V. 111. D14105. 2006.https://doi.org/10.1029/2005JD006794
− Hood L.L., Huang Z., Bougher S.W. Mesospheric effects of solar ultraviolet variations: Further analysis of SME IR ozone and Nimbus 7 SAMS temperature data // J. Geophys. Res. V. 96. № D7. P. 12 989−13 002. 1991.
− Huang K.M., Liu A.Z., Zhang S.D., Yi F., Huang C.M., Gan Q., Gong Y., Zhang Y.H., Wang R. Observational evidence of qusi-27-day oscillation propagating from the lower atmosphere to the mesosphere over 20° N // Ann. Geophysicae. V. 33. P. 1321−1330. 2015.
− Köhnke M.C., von Savigny C., Robert C.E. Observation of a 27-day solar signature in noctilucent cloud altitude // Adv. Space Res. V. 61. № 10. P. 2531−2539. 2018.
− Lainer M., Hocke K., Kämpfer N. Variability of mesospheric water vapor above Bern in relation to the 27-day solar rotation cycle // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 143−144. P. 71−87. 2016.
− Lednyts’kyy O., von Savigny C., Weber M. Sensitivity of equatorial atomic oxygen in the MLT region to the 11-year and 27-day solar cycles // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 162. P. 136−150. 2017.
− Lomb N.R. Least-squares frequency analysis of unequally spaced data // Astrophys. Space Sci. V. 39. № 2. P. 447− 462. 1976.
− Luo Y., Manson A.H., Meek C.E., Igarashi K., Jacobi Ch. Extra long period (20−40 day) oscillations in the mesospheric and lower thermospheric winds: observations in Canada, Europe and Japan, and considerations of possible solar influences // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 63. № 9. P. 835−852. 2001.
− Pancheva D., Mitchell N., Middleton H., Muller H. Variability of the semidiurnal tide due to fluctuations in solar activity and total ozone // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 65. P. 1−19. 2003.
− Perminov V.I., Semenov A.I., Medvedeva I.V., Zheleznov Yu.A. Variability of mesopause temperature from the hydroxyl airglow observations over mid-latitudinal sites, Zvenigorod and Tory, Russia // Adv. Space Res. V. 54. № 12. P. 2511–2517. 2014.
− Pertsev N., Perminov V. Response of the mesopause airglow to solar activity inferred from measurements at Zvenigorod, Russia// Ann. Geophysicae. V. 26. № 5. P. 1049–1056. 2008.
− Reisin E.R., Scheer J., Dyrland M.E. et al. Traveling planetary wave activity from mesopause region airglow temperatures determined by the Network for the Detection of Mesopheric Change (NDMC) // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 119. P. 71–82. 2014.
− Robert C.E., von Savigny C., Rahpoe N., Bovensmann H., Burrows J.P., DeLand M.T., Schwartz M.J. First evidence of a 27 day solar signature in noctilucent cloud occurrence frequency // J. Geophys. Res. V. 115. D00I12. 2010.https://doi.org/10.1029/2009JD012359
− Scargle J.D. Studies in astronomical time series analysis. II. Statistical aspects of spectral analysis of unevenly spaced data // Astrophys. J. V. 263. P. 835–853. 1982.
− Schmidt H., Brasseur G., Charron M., Manzini E., Giorgetta M.E., Fomichev V., Kinnison D., Marsh D., Walters S. The HAMMONIA chemistry climate model: sensitivity of the mesopause region to the 11-year solar cycle and CO2 doubling // J. Climate. V. 19. P. 3903–3931. 2006.
− Shapiro A.V., Rozanov E., Shapiro A.I., Wang S., Egorova T., Schmutz W., Peter Th. Signature of the 27-day solar rotation cycle in mesospheric OH and H2O observed by the Aura Microwave Limb Sounder // Atmos. Chem. Phys. V. 12. P. 3181–3188. 2012.
− Thurairajah B., Thomas G.E., von Savigny C., Snow M., Hervig M.E., Bailey S.M., Randall C.E. Solar-induced 27-day variations of polar mesospheric clouds from the AIM SOFIE and CIPS experiments // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 162. P. 122−135. 2017.
− Thomas G.E., Thurairajah B., Hervig M.E., von Savigny C., Snow M. Solar induced 27-day variations of mesospheric temperature and water vapor from the AIM SOFIE experiment: drivers of polar mesospheric cloud variability // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 134. P. 56–68. 2015.
− von Savigny C., Eichmann K.-U., Robert C.E., Burrows J.P., Weber M. Sensitivity of equatorial mesopause temperatures to the 27-day solar cycle // Geophys. Res. Lett. V. 39. L21804. 2012.https://doi.org/10.1029/2012GL053563
− von Savigny C., Peters D.H.V., Entzian G. Solar 27-day signatures in standard phase height measurements above central Europe // Atmos. Chem. Phys. V. 19. P. 2079−2093. 2019.
− Wang S., Zhang Q., Millan L., Li K.-F., Yung Y.L., Sander S.P., Livesey N.J., Santee M.L. First evidence of middle atmospheric HO2 response to 27 day solar cycles from satellite observations // Geophys. Res. Lett. V. 42. P. 10 004−10 009. 2015.