Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2022.Т. 41. №4. C. 191-208. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска

Read English Version US Flag

УДК 551.51

Научная статья

Оптические характеристики термосферы и мезосферы

Б. М. Шевцов, А. C. Пережогин, И. Н. Середкин

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, Камчатский край, c. Паратунка, ул. Мирная, 7, Россия

E-mail: bshev@ikir.ru

Используя лидарные сигналы на длинах волн 561 и 532 нм в диапазоне высот 30-400 км, путем решения обратной задачи восстанавливаем коэффициенты рассеяния света, соответствующие этим длинам волн, что позволяет сравнить оптические характеристики термосферы, мезосферы и верхней стратосферы и
определить соотношения между резонансным, рэлеевским и аэрозольным рассеянием света на разных высотах атмосферы. Используя коэффициенты рассеяния в термосфере, находим сечения рассеяния света на длинах волн 561 и 532 нм переходов возбужденных атомарных ионов кислорода и азота и объясняем, почему коэффициенты рассеяния для O+, 561 нм меньше чем для N+, 532 нм, в то время как концентрация O+ на два порядка выше чем N+. Полученные здесь результаты представляют интерес для понимания ионизационного эффекта солнечной активности на оптические характеристики атмосферы, которые определяют погодные и климатические изменения.

Ключевые слова: оптика атмосферы, резонансный лидар, лазерный ионозонд, лидарные отражения в термосфере, коэффициент и сечение рассеяния света, ионизация, аэрозоль, солнечная активность, ионная аэрономия.

DOI: 10.26117/2079-6641-2022-41-4-191-208

Поступила в редакцию: 01.12.2022

В окончательном варианте: 12.12.2022

Для цитирования. Шевцов Б. М., Пережогин А.C., Середкин И. Н. Оптические характеристики термосферы и мезосферы // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2022. Т. 41. № 4. C. 191-208. DOI: 10.26117/2079-6641-2022-41-4-191-208

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Шевцов Б. М., Пережогин А. C., Середкин И. Н., 2022

Финансирование. Работа выполнялась в рамках государственного задания по теме «Физические процессы в системе ближнего космоса и геосфер при солнечных и литосферных воздействиях» (No АААА-А21-121011290003-0).

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Авторы участвовали в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

Список литературы

  1. Collins R. L., Lummerzheim D., Smith R. W. Analysis of lidar systems for profiling aurorally-excited molecular species, Appl. Optics, 1997. no. 36, pp. 6024-6034.
  2. Gerrard A. J., et. al Investigation of a resonance lidar for measurement of thermospheric metastable helium,JASTP, 1997. vol. 59, no. 16, pp. 2023-2035.
  3. Waldrop L. S., et. al Generation of metastable helium and the 1083 nm emission in the upper thermosphere, J. Geophs. Res., 2005. vol. 110, no. A08304 DOI:10.1029/2004JA010855.
  4. Collins R. L., Su L., Lummerzheim D., Doe R. A. Investigating the Auroral Thermosphere with N2+ Lidar / In Characterising the Ionosphere. Meeting Proceedings RTO-MP-IST-056, Paper Neuilly-sur-Seine, France, RTO, 2006, pp. 2-1–2-14 http://www.rto.nato.int/abstracts.asp https://www.researchgate.net/publication/233408410 RTO-MP-IST-056 2 -1.
  5. Shevtsov B. M., et. al Stratospheric aerosol dynamics over Kamchatka and its association with geophysical processes, Geomagnetism and Aeronomy, 2009. vol. 49, no. 8, pp. 1302-1304 DOI: 10.1134/S0016793209080568.
  6. Bychkov V. V., et. al Lidar returns from the upper atmosphere of Kamchatka for 2008 to 2014 observations,
    Earth Planet Sp., 2014. vol. 66, no. 150 DOI: 10.1186/s40623-014-0150-6.
  7. Bychkov V. V., et. al Appearance of light-scattering layers in the thermosphere of Kamchatka during the autumn of 2017, Proc. SPIE 10833, 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, Tomsk, Russian Federation, 2018. no. 10833A4 DOI: 10.1117/12.2504539
  8.  Kaifler B., Geach C., Büdenbender H. C. et al. Measurements of metastable helium in Earth’s atmosphere by resonance lidar, Nat Commun, 2022. vol. 13, no. 6042.
  9. Kramida A., Ralchenko Yu., Reader J. and NIST ASD TEAM. “NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.5.2)”, 2021 https://physics.nist.gov/asd.
  10. Bychkov V. V., Perezhogin A. S., Seredkin I. N. Resonant scattering by excited ions as an indicator of the precipitation of charged particles into the atmosphere, E3S Web of Conferences: Solar-Terrestrial Relations and Physics of Earthquake Precursors, 2018. vol. 62, no. 01011 DOI: 10.1051/e3sconf/20186201011.
  11. Bychkov V. V., Seredkin I. N. Resonance scattering in the thermosphere as an indicator of superthermal electron precipitation,Atmospheric and Oceanic Optics, 2021. vol. 34, no. 1, pp. 26-33 DOI: 10.1134/S1024856021010048.
  12. Shevtsov B. M., et. al Lidar for atmospheric transparency monitoring,EPJ Web of Conferences, 2021. vol. 254, no. 01003 DOI: 10.1051/epjconf/202125401003.
  13. Shevtsov B.M., et. alAtmospheric Optical Characteristics in the Area of 30–400 km,Remote Sens., 2022. vol. 14, no. 6108 DOI: 10.3390/rs14236108.
  14. NRLMSISE-00 Atmosphere Model, 2022 URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/
    nrlmsise00.php.
  15. Richards P. G. Reexamination of ionospheric photochemistry,JGR, 2011. vol. 116, no. A8 DOI: 10.1029/2011JA016613.
  16. Andreoli F., et. al Maximum Refractive Index of an Atomic Medium, Phys. Rev. X, 2021. vol. 11, no. 011026 DOI: 10.1103/PhysRevX.11.011026.

Шевцов Борис Михайлович – доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории электромагнитных излучений, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, Камчатский край, Елизовский район, c. Паратунка, ул. Мирная, 7,
Россия, ORCID 0000-0003-0625-0361.

Пережогин Андрей Сергеевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории моделирования физических процессов, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, Камчатский край, Елизовский район, c. Паратунка, ул. Мирная, 7, Россия, ORCID 0000-0003-3972-2919.

Середкин Илья Сергеевич – научный сотрудник лаборатории электромагнитных излучений, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, Камчатский край, Елизовский район, c. Паратунка, ул. Мирная, 7, Россия, ORCID 0000-0002-9483-9864.

Читать статьюСкачать статью