Волновая возмущенность в области мезопаузы: многолетний тренд и зависимость от солнечной активности

Роль атмосферных внутренних гравитационных волн в области мезопаузы (80−100 км) является ключевой при формировании ее теплового режима [1]. Возникая преимущественно в тропосфере и распространяясь вверх, волны разрушаются в верхних слоях атмосферы и переносят импульс в их ветровую систему. Вследствие этого в области мезопаузы летом возникают восходящие потоки, а зимой – нисходящие, что способствует формированию холодной летней и более теплой зимней мезопаузы. Многолетние наблюдения температуры в ее окрестности различными методами показывают значительное ее охлаждение: −0.5 К/год в период 1957−1975 гг. и –(0.1÷0.2) К/год в последние 50 лет [2]. Предполагается, что за охлаждение слоев средней и верхней атмосферы в основном ответственен рост углекислого газа в них [3]. Однако в случае мезопаузы модельные вычисления предсказывают, что ее радиационное охлаждение за счет роста СО2 не должно быть сильнее −0.1 К/год [4-6]. Одной из причин расхождения результатов экспериментальных и модельных исследований может быть недооценка в моделях долговременных изменений в атмосферной динамике, которая в области мезопаузы определяется в основном волновыми процессами. Таким образом, в настоящее время становятся актуальными исследования их многолетней активности.
В настоящей работе представлены результаты анализа активности волновых возмущений в области мезопаузы по наблюдениям температуры излучающего гидроксила (ОН*) на Звенигородской научной станции ИФА им. А.М. Обухова РАН в 2000−2024 гг. Излучающий слой ОН* имеет максимум интенсивности на высоте ~87 км и полуширину ~9 км. Описание аппаратуры для спектральных наблюдений, методов их обработки и определения температуры ОН* по ее вращательной структуре в полосе (6−2) дано в [7]. В работе анализировались 10-минутные измерения, выполненные в ночное время при ясной погоде. Весь температурный ряд состоял из 96360 значений.
В качестве индикатора волновой активности рассматривалось как абсолютные, так и относительные среднеквадратичные стандартные отклонения (СКО) температуры ОН*. С помощью цифровой фильтрации СКО определялись для трех частотных областей с волновыми периодами 0.7−2.0 ч (высокочастотная область), 1.4−4.1 ч (среднечастотная область), 2.7−8.2 ч (низкочастотная область) согласно методике [8]. Анализировались как круглогодичные, так и среднесезонные (зима, лето) значения СКО. В результате множественного регрессионного анализа установлено, что волновая активность в 2000−2024 гг. имеет статистически значимые положительные тренды с их зависимостью от частотной области возмущений (зимой тренд больше в высокочастотной области (0.044 К/год), летом – в низкочастотной (0.035 К/год)). Зависимость волновой от солнечной активности – положительна и статистически значима только для круглогодичных и зимних СКО. Ее значение максимально для высокочастотной области возмущений в зимний период (0.21 К/sfu, где 1 sfu = 10^11 фотон на см^2 в секунду) в линии Лайман-альфа, взятого в качестве индикатора солнечной активности). Обнаруженные тренды и зависимости от солнечной активности СКО температуры ОН* могут быть существенным ориентиром для будущих эмпирических и модельных исследований по эволюции теплового и динамического режимов в области 80−100 км.
Данная работа выполнена в рамках Госзадания по теме 17.1.