Восстановление ночных распределений характеристик мезосферы – нижней термосферы по спутниковым данным

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

База данных спутниковой кампании SABER/TIMED включает в себя результаты восстановления ночных распределений О, Н и некоторых других характеристик на высотах мезосферы – нижней термосферы по данным измерений профилей объемной скорости эмиссии ОН* вблизи 2 мкм, температуры и озона. В основе процедуры восстановления лежит приближение химического равновесия ночного озона, а также модель двух возбужденных уровней OH (ν = 9.8), формирующих указанное излучение. В данной работе модернизированная модель этих уровней с исправленными константами, соответствующими опубликованным данным, применена для восстановления О, Н, ОН, НО2 и скорости химического нагрева на высотах 80–100 км по данным измерений SABER/TIMED в 2002–2021 гг. Обнаружено, что новые параметры процедуры восстановления приводят к значительным (до 2 раз и более) изменениям в пространственных распределениях О, Н и скорости химического нагрева, но лишь незначительно изменяют распределения ОН и НО2.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Ю. Куликов

Институт прикладной физики РАН им. А.В. Гапонова-Грехова; Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: kulm@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

М. В. Беликович

Институт прикладной физики РАН им. А.В. Гапонова-Грехова; Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: kulm@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

А. Г. Чубаров

Институт прикладной физики РАН им. А.В. Гапонова-Грехова; Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: kulm@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

С. О. Дементьева

Институт прикладной физики РАН им. А.В. Гапонова-Грехова

Email: kulm@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950

А. М. Фейгин

Институт прикладной физики РАН им. А.В. Гапонова-Грехова; Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: kulm@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

Список литературы

  1. Adler-Golden S. Kinetic parameters for OH nightglow modeling consistent with recent laboratory measurements // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. № A9. P. 19969–19976.
  2. Belikovich M.V., Kulikov M.Y., Grygalashvyly M., Sonnemann G.R., Ermakova T.S., Nechaev A.A., Feigin A.M. Ozone chemical equilibrium in the extended mesopause under the nighttime conditions // Adv. Space Res. 2018. V. 61. № 1. P. 426–432.
  3. Caridade P.J.S.B., Horta J.-Z.J., Varandas A.J.C. Implications of the O + OH reaction in hydroxyl nightglow modeling // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 1–13.
  4. Evans W.F.J., Llewellyn E.J. Atomic hydrogen concentrations in the mesosphere and the hydroxyl emissions // J. Geophys. Res. 1973. V. 78. P. 323–326.
  5. Evans W.F.J., McDade I.C., Yuen J., Llewellyn E.J. A rocket measurement of the O2 infrared atmo spheric (0-0) band emission in the dayglow and a determination of the mesospheric ozone and atomic oxygen densities // Can. J. Phys. 1988. V. 66. P. 941–946.
  6. Fytterer T., von Savigny C., Mlynczak M., Sinnhuber M. Model results of OH airglow considering four different wavelength regions to derive night-time atomic oxygen and atomic hydrogen in the me sopause region // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 1835–1851.
  7. Good R.E. Determination of atomic oxygen density from rocket borne measurements of hydroxyl airglow // Planet. Space Sci. 1976. V. 24. P. 389–395.
  8. Kalogerakis K.S., Matsiev D., Sharma R.D., Wintersteiner P.P. Resolving the mesospheric nighttime 4.3 µm emission puzzle: Laboratory demonstration of new mechanism for OH(v) relaxation // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 8835–8843.
  9. Kalogerakis K.S. A previously unrecognized source of the O2 atmospheric band emission in earth’s nightglow // Science Advances. 2019. V. 5. № 3. P. eaau9255.
  10. Kaufmann M., Zhu Y., Ern M., Riese M. Global distribution of atomic oxygen in the mesopause region as derived from SCIAMACHY O(1S) green line measurements // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. P. 6274– 6280.
  11. Kulikov M.Y., Belikovich M.V., Grygalashvyly M., Sonnemann G.R., Ermakova T.S., Nechaev A.A., Feigin A.M. Daytime ozone loss term in the mesopause region // Ann. Geophys. 2017. V. 35. P. 677–682.
  12. Kulikov M.Y., Nechaev A.A., Belikovich M.V., Ermakova T.S., Feigin A.M. Technical note: Evaluation of the simultaneous measurements of mesospheric OH, HO2, and O3 under a photochemical equilibrium assumption – a statistical approach // Atmos. Chem. Phys. 2018a. V. 18. P. 7453–7471.
  13. Kulikov M.Yu., Belikovich M.V., Grygalashvyly M., Sonnemann G. R., Ermakova T.S., Nechaev A.A., Feigin A.M. Nighttime ozone chemical equilibrium in the mesopause region // J. Geophys. Res. 2018b. V. 123. P. 3228– 3242.
  14. Kulikov M.Yu., Nechaev A.A., Belikovich M.V., Vorobeva E.V., Grygalashvyly M., Sonnemann G.R., Feigin A.M. Boundary of nighttime ozone chemical equilibrium in the mesopause region from SABER data: Implications for derivation of atomic oxygen and atomic hydrogen // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. № 2. P. 997–1004.
  15. Kulikov M.Y., Belikovich M.V., Grygalashvyly M., Sonnemann G.R., Feigin A.M. The revised method for retrieving daytime distributions of atomic oxygen and odd-hydrogens in the mesopause region from satellite observations // Earth, Planets and Space. 2022. V. 74. P. 44.
  16. Kulikov M.Yu., Belikovich M.V., Chubarov A.G., Dementeyva S.O., Fegin A.M. Boundary of nighttime ozone chemical equilibrium in the mesopause region: improved criterion of determining the boundary from satellite data // Adv. Space Res. 2023. V. 71. № 6. P. 2770–2780.
  17. Llewellyn E.J., McDade I.C., Moorhouse P., Lockerbie M.D. Possible reference models for atomic oxygen in the terrestrial atmosphere // Adv. Space Res. 1993. V. 13. P. 135–144.
  18. Llewellyn E.J., McDade I.C. A reference model for atomic oxygen in the terrestrial atmosphere // Adv. Space Res. 1996. V. 18. P. 209–226.
  19. Makhlouf U.B., Picard R.H., Winick J.R. Photochemicaldynamical modeling of the measured response of airglow to gravity waves. 1. Basic model for OH airglow // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P. 1128911311.
  20. McDade I.C., Llewellyn E.J., Harris F.R. Atomic oxygen concentrations in the lower auroral thermosphere // Adv. Space Res. 1985. V. 5. № 7. P. 229–232.
  21. McDade I.C., Llewellyn E.J. Mesospheric oxygen atom densities inferred from night-time OH Meinel band emission rates // Planet. Space Sci. 1988. V. 36. P. 897–905.
  22. Mlynczak M.G., Marshall B.T., Martin-Torres F.J., Russell III J.M., Thompson R.E., Remsberg E.E., Gordley L.L. Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry observations of daytime mesospheric O2(a1) 1.27 µm emission and derivation of ozone, atomic oxygen, and solar and chemical energy deposition rates // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. P. D15306.
  23. Mlynczak M.G., Hunt L.A., Mast J.C., Marshall B.T., Russell III J. M., Smith A.K., Siskind D.E., Yee J.-H., Mertens C.J., Martin-Torres F.J., Thompson R.E., Drob D.P., Gordley L.L. Atomic oxygen in the mesosphere and lower thermosphere derived from SABER: Algorithm theoretical basis and measurement uncertainty // J. Geophys. Res. 2013a. V. 118. P. 5724–5735.
  24. Mlynczak M.G., Hunt L.H., Mertens C.J., Marshall B.T., Russell III J.M., López-Puertas M., Smith A.K., Siskind D.E., Mast J.C., Thompson R.E., Gordley L.L. Radiative and energetic constraints on the global annual mean atomic oxygen concentration in the mesopause region // J. Geophys. Res. 2013b. V. 118. P. 5796–5802.
  25. Mlynczak M.G., Hunt L.A., Marshall B.T., Mertens C.J., Marsh D.R., Smith A.K., Russell J.M., Siskind D.E., Gordley L.L. Atomic hydrogen in the mesopause region derived from SABER: Algorithm theoretical basis, measurement uncertainty, and results // J. Geophys. Res. 2014. V. 119. P. 3516–3526.
  26. Mlynczak M.G., Hunt L.A., Russell J.M., Marshall B.T. Updated SABER night atomic oxygen and implications for saber ozone and atomic hydrogen // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45. P. 5735–5741.
  27. Panka P.A., Kutepov A.A., Kalogerakis K.S., Janches D., Russell J.M., Rezac L., Feofilov A.G., Mlynczak M.G., Yiğit E. Resolving the mesospheric nighttime 4.3 µm emission puzzle: Comparison of the CO2(v3) and OH(v) emission models // Atm. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 9751–9760.
  28. Panka P.A., Kutepov A.A., Rezac L., Kalogerakis K.S., Feofilov A.G., Marsh D., Janches D., Yiğit E. Atomic oxygen retrieved from the SABER 2.0‐ and 1.6‐µm radiances using new first‐principles nighttime OH(v) model // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45. P. 5798–5803.
  29. Panka P.A., Kutepov A.A., Zhu Y., Kaufmann M., Kalogerakis K.S., Rezac L., Feofilov A.G., Marsh D.R., Janches D. Simultaneous retrievals of nighttime O(3P) and total OH densities from satellite observations of Meinel band emissions // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. P. e2020GL091053.
  30. Pendleton W.R., Baker K.D., Howlett L.C. Rocket-based investigations of O(3P), O2(a1) and OH* (v = 1,2) during the solar eclipse of 26 February 1979 // J. Atm. Terr. Phys. 1983. V. 45. № 7. P. 479–491.
  31. Sharma R.D., Wintersteiner P.P., Kalogerakis K.S. A new mechanism for OH vibrational relaxation leading to enhanced CO2 emissions in the nocturnal mesosphere // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 4639–4647.
  32. Siskind D.E., Marsh D.R., Mlynczak M.G., Martin-Torres F.J., Russell III J.M. Decreases in atomic hydrogen over the summer pole: Evidence for dehydration from polar mesospheric clouds? // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. P. L13809.
  33. Siskind D.E., Mlynczak M.G., Marshall T., Friedrich M., Gumbel J. Implications of odd oxygen observations by the TIMED/SABER instrument for lower D region ionospheric modeling // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2015. V. 124. P. 63–70.
  34. Smith A.K., Marsh D.R., Mlynczak M.G., Mast J.C. Temporal variations of atomic oxygen in the upper mesosphere from SABER // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. P. D18309.
  35. Thomas R.J. Atomic hydrogen and atomic oxygen density in the mesosphere region: Global and seasonal variations deduced from Solar Mesosphere Explorer near-infrared emissions // J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 16457–16476.
  36. Xu J., Gao H., Smith A.K., Zhu Y. Using TIMED/SABER nightglow observations to investigate hydroxyl emission mechanisms in the mesopause region // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. № D2. P. D02301.
  37. Zhu Y., Kaufmann M. Atomic oxygen abundance retrieved from SCIAMACHY hydroxyl nightglow measurements // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45. P. 9314–9322.
  38. Zhu Y., Kaufmann M. Consistent nighttime atomic oxygen concentrations from O2 A‐band, O(1S) green‐Line, and OH airglow measurements as performed by SCIAMACHY // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. P. 8536–8545.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Усредненные по долготе и времени (за каждый сезон 2002–2021 гг.) ночные распределения O (левая колонка, в см–3) и ОРО (правая колонка). 1 ряд – декабрь, январь, февраль, 2 ряд – март, апрель, май, 3 ряд – июнь, июль, август, 4 ряд – сентябрь, октябрь, ноябрь.

Скачать (804KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Усредненные по долготе и времени (за каждый сезон 2002–2021 гг.) ночные распределения H (левая колонка, в см–3) и ОРН (правая колонка). 1 ряд – декабрь, январь, февраль, 2 ряд – март, апрель, май, 3 ряд – июнь, июль, август, 4 ряд – сентябрь, октябрь, ноябрь.

Скачать (750KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Усредненные по долготе и времени (за каждый сезон 2002–2021 гг.) ночные распределения ОН (левая колонка, в см–3) и ОРОН (правая колонка). 1 ряд – декабрь, январь, февраль, 2 ряд – март, апрель, май, 3 ряд – июнь, июль, август, 4 ряд – сентябрь, октябрь, ноябрь.

Скачать (546KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Усредненные по долготе и времени (за каждый сезон 2002–2021 гг.) ночные распределения НО2 (левая колонка, в см–3) и ОРНО2 (правая колонка). 1 ряд – декабрь, январь, февраль, 2 ряд – март, апрель, май, 3 ряд – июнь, июль, август, 4 ряд – сентябрь, октябрь, ноябрь.

Скачать (455KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Усредненные по долготе и времени (за каждый сезон 2002–2021 гг.) ночные распределения скорости химического нагрева воздуха CHP (левая колонка, в К/сут) и OPCHP (правая колонка). 1 ряд – декабрь, январь, февраль, 2 ряд – март, апрель, май, 3 ряд – июнь, июль, август, 4 ряд – сентябрь, октябрь, ноябрь.

Скачать (535KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Вертикальные профили О, усредненные в диапазоне 0–20°N за осень 2005 (левый) и зиму 2005–2006 гг. (правый) соответственно, отвечающие модернизированной модели ОН* (синие линии) и модели [Mlynczak et al., 2013a, 2018] (красные) в сравнение с результатами восстановления (черные линии) этой компоненты по данным измерений свечения O(1S) прибором SCIAMACHY [Kaufmann et al., 2014].

Скачать (184KB)
Метаданные


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах