Влияние короткопериодических вариаций солнечной активности на характеристики собственного излучения области мезопаузы

Воздействие ультрафиолетового солнечного излучения на верхние слои атмосферы Земли представляет собой в основном цикличный процесс с периодами около 27 суток и 11 лет. Наиболее изучено влияние 11-летнего цикла. Менее исследованной является 27-суточная осцилляция, ассоциируемая с каррингтоновским циклом вращения Солнца. Данная периодичность возникает вследствие того, что активные области на поверхности Солнца, обусловливающие повышенное УФ-излучение, могут сохраняться в течение нескольких оборотов. Спорадичность возникновения и исчезновения активных областей по времени вызывает нарушение периодичности и изменение ее фазы, что может затруднять исследование влияния короткопериодических вариаций на атмосферу Земли.
В настоящей работе с целью исследования влияния 27-суточной солнечной осцилляции на температуру и интенсивность эмиссий собственного излучения области мезопаузы (80−100 км) анализируются данные спектральных наблюдений полос О2А(0-1) и ОН(6-2), выполненные на Звенигородской научной станции (56 град. с.ш., 37 град. в.д.) Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (Москва) в ночное время с 2000 по 2021 гг. Вышеуказанные полосы излучения мезопаузы возникают в результате химических реакций процесса рекомбинации атомарного кислорода. В ночное время излучение О2А(0-1) локализуется в слое 85−105 км с высотным максимумом около 94 км. Полоса ОН(6-2) возникает в области 75−100 км с максимумом вблизи 87 км. Описание спектральной аппаратуры, методики наблюдений, обработки спектров и определения характеристик эмиссий молекулярного кислорода и гидроксила дано в работах (Семенов и др., 2002; Шефов и др., 2006; Pertsev and Perminov, 2008). Для анализа использованы данные наблюдений, усредненные за 1 час около местной полуночи (21−22 ч UT). В качестве индикатора уровня солнечного излучения в ультрафиолетовой области взят поток в линии Лайман-альфа в единицах sfu (1 sfu составляет 10¹¹ фотон см‾² с‾¹). Анализ был проведен методом парной линейной регрессии с применением сдвига временных рядов друг относительно друга на задаваемый временной промежуток − лаг. Анализ был выполнен раздельно для зимних (1 октября − 31 марта) и летних (15 мая − 15 августа) данных, а также для данных, полученных в течение всех сезонов года. Было установлено, все характеристики атмосферного излучения испытывают влияние солнечного излучения с периодом 27 суток. Однако наблюдается сезонное различие. В работе получены следующие количественные результаты:
1. Для годовых данных положительные отклики (коэффициенты регрессии) на изменение потока Лайман-альфа составляют около 17 %/sfu для излучения молекулярного кислорода, 10 %/sfu для излучения гидроксила и 1.5 K/sfu для температуры при временном лаге 16−17 сут.
2. Для зимнего периода значения положительных откликов являются более высокими: около 24 %/sfu и 19 %/sfu соответственно для интенсивностей излучения молекулярного кислорода и гидроксила при лагах 14−15 сут. Для температуры отклик достигает 5.4 K/sfu при лаге 9 сут.
3. В летний период статистически значимый отклик обнаружен только для интенсивности излучения молекулярного кислорода. Он оказался ниже зимнего в 2 раза и составил около 13 %/sfu при лаге 12 сут.
Предполагается, что сезонное различие влияния солнечной активности обусловлено тем, что зимой доминирует атмосферный динамический механизм влияния, а летом вследствие конкуренции между фотохимическим и динамическим механизмами, действующими в противофазе, солнечный отклик ослабевает или становится незначимым.