Вариации температуры и плотности средней атмосферы по данным лидарных измерений в г. Обнинск

Представлены результаты лидарных наблюдений температуры и плотности средней атмосферы с 2012 по 2023 г. над г. Обнинск (55,1 с.ш., 36,6 в.д.). Зондирование про-водилось в диапазоне высот от 30 до 70 км с помощью двухволнового лидара АК-3 (длины волн 355 и 532 нм), разработанного в НПО «Тайфун» (Иванов и др., 2020). Проведен анализ среднегодовых вариаций температуры и плотности атмосферы с использованием метода множественной линейной регрессии. Рассмотрены также вариации плотности потенциальной энергии гравитационных волн на двух уровнях средней атмосферы. В качестве предикторов взяты линейный тренд и обычно используемые при статистическом моделировании вариаций атмосферных параметров мульти-параметрический индекс Эль Ниньо/Южного колебания (ЭНЮК), фаза квазидвухлетнего колебания (КДК) среднезонального ветра на экваторе на уровне 30 мбар, среднемесячные значения потока солнечной энергии на длине волны 10.7 см, как мера солнечной активности (СА)
По данным измерений уровень межгодовых вариаций температуры составил (1-3) К и убывает с высотой. Получена положительная значимая корреляция с предиктором КДК в слоях 35-45 и 45-55 км. Наблюдается положительная корреляция с уровнем СА, однако значимой она является только в слое 45-55 км. Отметим, что значимые корреляции вариаций температуры с СА и КДК для среднеширотной стратосферы (43 км) отмечались также в (Seidel et al., 2016) по данным спутниковых измерений. ЭНЮК практически не оказывают влияния на вариации температуры. Существенно, что во всех слоях присутствует отрицательный температурный тренд, хотя и незначимый. В частности, в слое 55-65 км он составляет (-1,2 ± 0,77) К/декаду и вносит около 30% в СКО вариаций. Полученные тренды сопоставимы с известными данными спутниковых измерений по скорости охлаждения верхней стратосферы -(0,5 -1,0) К/декаду (Dube et al., 2024) и результатами лидарных измерений в Haute Provence (44.7º с.ш.) c 1998 по 2002 гг (-0,75 ± 1,08) К/декаду (Steiner et al., 2020). Причиной выхолаживание верхнего слоя атмосферы является, как известно, увеличение содержания парниковых газов в атмосфере (Данилов, Бербенева, 2021).
Плотность атмосферы в интервале высот от 30 до 65 км определялась по данным о температуре и давлении атмосферы. Высотный профиль температуры задавался по данным лидарных измерений. Давление рассчитывалось по барометрической формуле, при этом начальное значение давления задавалось по данным аэрологического зондирования. Результаты моделирования показали наличие значимой положительной корреляции с СА в слоях 55-60 и 60-65 км. Линейный тренд в верхней стратосфере отрицателен. Так в слое 60-65 км он составляет –(5,0 ± 6,9)∙10-6 кг/м3/декаду. При уменьшении высоты знак тренда меняется на обратный на уровне 40-45 км. В диапазоне 30-40 км он составляет (1,90 ± 1,92)∙10-4 кг/м3/декаду. Вариации плотности в верхних слоях атмосферы связаны с температурными вариациями в соответствии с барометрическим законом. При увеличении температуры происходит подъем воздуха, и его плотность увеличивается, что и происходит в годы высокой солнечной активности. Наоборот, в результате понижения температуры атмосферы из-за увеличения концентрации парниковых газов происходит ее оседание (Данилов, Бербенева, 2021), и плотность уменьшается. На более низких уровнях плотность атмосферы растет.
Плотность потенциальной энергии гравитационных волн в лидарных измерениях определялась по данным о температурных флуктуациях. Моделирование межгодовых вариаций проводилось для высотных слоев 32-45 и 45-55 км. Для слоя 32-45 км получена незначимая положительная корреляция с КДК и отрицательный тренд (-4,7 ± 3,0) Дж/кг воздуха/декаду, или в относительных единицах (-45 ± 29)%/ декаду.