Вариации интенсивности атмосферных эмиссий на высотах мезосферы и термосферы в периоды высокой геомагнитной активности

Вариации характеристик атмосферных эмиссий являются чувствительным индикатором возмущений в верхней и средней атмосфере, в том числе и обусловленных акустико-гравитационными волнами (АГВ) (Krassovsky and Shefov, 1976; Тащилин и др., 2010). Несмотря на достаточно большое количество проводимых исследований распространения и источников АГВ, остается множество нерешенных задач. АГВ в верхней атмосфере можно наблюдать с помощью оптических наземных методов и, в виде перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ), с помощью радиофизических методов. Тем не менее, в ионосферной F-области плазма больше контролируется электромагнитными процессами, чем динамикой нейтральной атмосферы; таким образом, связь между АГВ и перемещающимися ионосферными возмущениями не всегда может быть интерпретирована однозначно (Fedorenko et al., 2017). Статистика регистрации АГВ зависит от региона наблюдения. В ряде исследований сообщалось о сезонных и широтно-долготных изменениях характеристик мелкомасштабных волновых возмущений для различных мест наблюдения (например, Nakamura et al., 2003; Walterscheid et al., 1999; Ejiri et al., 2003; Suzuki et al., 2004; Espy et al., 2004). Зависимость уровня авроральной активности, а, следовательно, и интенсивности генерации крупномасштабных перемещающихся ионосферных возмущений (КМ ПИВ), от мирового времени определяет то, что наиболее благоприятные условия для наблюдения КМ ПИВ создаются в Австрало-Азиатском долготном секторе, на ночные часы которого падает максимум авроральной активности (Яковец и др., 2011).
Известно, что доминирующим фактором в термодинамическом режиме ионосферы является гелио-геомагнитная активность (Шпынев и др., 2016). Частота регистрации АГВ изменяется с максимумами вблизи солнцестояний и минимумами вблизи равноденствий, что согласуется с другими исследованиями наблюдений (Kim et al., 2010). Геомагнитная активность увеличивает число волновых возмущений примерно в три раза в дневное время и в полтора раза в ночное время (Медведев и др., 2012). В то же время, в работе (Ford et al., 2008), основанной на интерферометрических данных (высоты термосферы), полученных в высоких широтах, не найдено зависимости частоты появления волновых возмущений от уровня геомагнитной или солнечной активности.
В работе представлены результаты анализа волновых возмущений верхней атмосферы на основе данных оптического комплекса Геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН (Среднеширотный Азиатский долготный сектор, (53°48` с.ш.,103°05` в.д.)). Экспериментальные данные получены с использованием оборудования ЦКП "Ангара" (ИСЗФ СО РАН).
Для анализа использовались данные следующих приборов: 1. Оптическая система Keo Sentinel, предназначенная для регистрации пространственной картины интенсивности эмиссии атомарного кислорода 630 нм (высота высвечивания 180-300 км); 2. Спектрометр САТИ-1M, предназначенный для регистрации интенсивности основных эмиссионный линий и полос, в том числе OI 557.7 нм (максимум высоты высвечивания ~97 км) и OI 630.0 нм; 3. Широкоугольная камера ФИЛИН-1Ц, предназначенная для регистрации пространственного распределения излучения ночного неба в спектральном RGB диапазоне.
В работе проведен анализ вариаций интенсивности атмосферных атмосферных эмиссий в периоды высокой геомагнитной активности (Кр>=6) за 2015-2016 гг (ясные, безлунные ночи). Общее количество ночей, выбранных для анализа - 19 (~ 170 часов). При анализе данных оптической системы KEO Sentinel, было выявлено 2 случая наблюдения крупномасштабных перемещающихся возмущений со скоростями ~500 м/с, направлением перемещения с севера на юг и периодом ~ 1 час. Характеристики зарегистрированных возмущений хорошо согласуются со значениями, полученными в работах (Tsugawa et al., 2004; Song et al., 2012), при этом частота наблюдения возмущений меньше, чем в работах (Tsugawa et al., 2004; Ding et al., 2008).
Данные наблюдений приборов САТИ-1М и ФИЛИН-1Ц используются для анализа волновых возмущений на высотах мезосферы в моменты регистрации крупномасштабных перемещающихся возмущений в эмиссии 630 нм системой KEO Sentinel, предположительно на высотах нижней термосферы.

Работа выполнена в рамках гранта № НШ-6894.2016.5 Президента РФ государственной поддержки ведущих научных школ РФ и при поддержке гранта РФФИ № 17-302-50013.

1.Ding F., W.Wan, L.Liu, E.L. Afraimovich, S.V. Voeykov, N.P. Perevalova. A statistical study of large-scale traveling ionospheric disturbances observed by GPS TEC during major magnetic storms over the years 2003–2005// Journal of geophysical research. Space physics. Volume 113, Issue A3, March, 2008.
2.Espy, P. J., G. O. L. Jones, G. R. Swenson, J. Tang, and M. J. Taylor (2004), Seasonal variations of the gravity wave momentum flux in the Antarctic mesosphere and lower thermosphere, J. Geophys. Res., 109, D23109.
3.Ejiri, M. K., K. Shiokawa, T. Ogawa, K. Igarashi, T. Nakamura, and T. Tsuda (2003), Statistical study of short-period gravity waves in OH and OI nightglow images at two separated sites, J. Geophys. Res., 108(D21), 4679.
4.Fedorenko, A.K., Bespalova, A.V., Zhuk, I.T., Kryuchkov, E.I. Latitude variability of acoustic-gravity waves in the upper atmosphere based on satellite data // Geomagnetism and Aeronomy, V. 57, I. 4, 2017, P. 471-481.
5.Ford E. A. K., A. L. Aruliah, E. M. Griffin, and I. McWhirter Statistical analysis of thermospheric gravity waves from Fabry-Perot Interferometer measurements of atomic oxygen // Ann. Geophys., 26, 29–45, 2008.
6.Kim Yong Ha , Changsup Lee, Jong-Kyun Chung, Jeong-Han Kim, and Hye-Yeong Chun Seasonal Variations of Mesospheric Gravity Waves Observed with an Airglow All-sky Camera at Mt. Bohyun, Korea (36° N) // J. Astron. Space Sci. 27(3), 181-188 (2010).
7.Krassovsky V.I., Shefov N.N. The intensities, Doppler and rotational temperatures of upper atmospheric emission and internal gravity waves // Ann.Geophys., 1976, V.32, N1, 43-46.
8.Nakamura, T., T. Aono, T. Tsuda, A. G. Admiranto, E. Achmad, and Suranto (2003), Mesospheric gravity waves over a tropical convective region observed by OH airglow imaging in Indonesia, Geophys. Res. Lett., 30(17), 1882.
9.Song Q., F. Ding, W. Wan, B. Ning, L. Liu. Global propagation features of large-scale traveling ionospheric disturbances during the magnetic storm of 7-10 November 2004. Annales Geophysicae, 2012, 30. p.683-694.
10.Suzuki, S., K. Shiokawa, Y. Otsuka, T. Ogawa, and P. Wilkinson (2004), Statistical characteristics of gravity waves observed by an all-sky imager at Darwin, Australia, J. Geophys. Res., 109, D20S07.
11.Tsugawa T., A.Saito, Y.Otsuka. A statistical study of large-scale traveling ionospheric disturbances using the GPS network in Japan// Journal of geophysical research. Space physics. Volume 109, Issue A6, June, 2004
12.Walterscheid, R. L., J. H. Hecht, R. A. Vincent, I. M. Reid, J. Woithe, and M. P. Hickey (1999), Analysis and interpretation of airglow and radar observations of quasi-monochromatic gravity waves in the upper mesosphere and lower thermosphere over Adelaide, Australia (35°S, 138°E), J. Atmos. Terr. Phys., 61, 461 – 478.
13.Медведев А.В., К.Г. Ратовский, М.В. Толстиков, А.А. Щербаков, С.С. Алсаткин Статистическое исследование характеристик распространения перемещающихся ионосферных возмущений по данным радиофизического комплекса ИСЗФ СО РАН // Солнечно-земная физика. Вып. 20 (2012) С. 85–91.
14.Тащилин М.А., Белецкий А.Б., Михалев А.В. , Xu Jiyao, Yuan We. Некоторые результаты наблюдений пространственных неоднородностей в излучении эмиссии гидроксила // Солнечно-земная физика. –Иркутск, 2010. –Вып. 15. –С.131-134.
15.Шпынев Б.Г., М.А. Черниговская, В.И. Куркин, К.Г. Ратовский, А.Ю. Белинская, А.Е. Степанов, В.В. Бычков, С.А. Григорьева, В.А. Панченко, Н.А. Коренькова, В.С. Лещенко, Й. Мелич Пространственные вариации параметров ионосферы северного полушария над зимними струйными течениями // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. No 4. С. 204–215.
16.Яковец А.Ф., Водянников В.В., Андреев А.Б., Гордиенко Г. И., Литвинов Ю. Г. Особенности статистистических распределений крупномасштабных перемещающихся ионосферных возмущений над Алма-Атой // Геомагнетизм и аэрономия, 2011, том 51, No 5, с. 650–656.