CC BY
20
3. Солодовник А.А., Крючков В.Н., Кудабаева Д.А., Леонченко А.А. Серебристые облака: проблема образования и вопрос о дефинициях // Известия НАН РК. - 2011. - С. 105-110.
4. Миссия AIM [Электронный ресурс] // The Aeronomy of Ice in the Mesosphere. - Режим доступа: http://aim.hamptonu.edu/index.html.
ОБНАРУЖЕНИЕ ЛЕДЯНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ В МЕЗОСФЕРЕ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА
© Солодовник А.А.*, Журавлев П.Л.*
Северо-Казахстанский государственный университет, Республика Казахстан, г. Петропавловск
Предложен метод, позволяющий выявлять наличие мезосферных серебристых облаков на основе анализа спутниковых профилей концентрации водяных паров и температуры. Проверка работоспособности метода на основе статистически значимого массива данных показала его высокую эффективность.
Ключевые слова МСО, облака, метеорология, мезосфера, тропосфера.
Изучение мезосферных серебристых облаков (далее МСО) с поверхности Земли может быть затруднено как погодными условиями, так и условиями их освещённости Солнцем (невозможно, например, наблюдать их днём или за пределами сумеречного сегмента ночью). Последнее обстоятельство ограничивает также эффективность наблюдений МСО и с помощью космической техники особенно при малых концентрациях аэрозольных частиц. Однако, как показывают наши исследования, проблема выявления присутствия ледяного аэрозоля и облачных форм в мезосфере решаема на основе анализа высотных профилей относительной концентрации водяных паров в атмосфере, получаемых методами космического зондирования.
Вертикальные профили относительной концентрации водяного пара и температуры получают с помощью аппаратуры спутника AIM (прибор SOFIE) на основе анализа полос поглощения водяного пара строить (рис. 1) [1].
Здесь по вертикальной оси показаны высотные отметки, а по горизонтали значения относительной концентрации (по отношению к концентрации молекул воздуха в миллионных долях) водяного пара и температуры соответственно. Горизонтальная красная линия на всех профилях показывает
* Доцент астрономии кафедры «Физика», кандидат физико-математических наук.
* Магистрант.
положение средней высоты появления МСО (около 83.3 км) [2]. Профили снимались на нисходящих участках орбиты всякий раз, когда спутник пролетал над сумеречным участком земной поверхности (граница перехода от гражданских сумерек к ночи). Нас в первую очередь заинтересовали те профили, которые соответствуют точкам, расположенным над контролируемой визуальными наблюдениями из Петропавловска областью. На практике это соответствовало долготному диапазону от 40 до 100 градусов восточной долготы. Широта точек съёмки таких профилей соответствовала положению границы окончания вечерних гражданских сумерек, которая в течение сезона непрерывно сдвигалась - сначала к югу до даты летнего солнцестояния (минимальное значение около 60°) и к северу после него.
03km info. Sun 2013-07-21 20.22.27 как. 68.6070 Lon. 74.3637 83km info. Sun 2013-07-21 20.22:27 kak 68.0070 kon. 74.3637
H20_vmr, event 68027 orbit number 34014 Temperature, event 68027 orbit number 34014
H20_vmr (vmrj xle-5 E L2 2.c , Temperature (K)
Рис. 1. Пример вертикального профиля относительной концентрации паров Н20 (слева) и температуры (справа)
Для уникального по частоте появления МСО низких широт сезона 2013 года получен полный набор данных о вертикальных профилях относительной концентрации водяных паров и температуры. С учётом пространственных ограничений общее количество профилей каждого типа составило 174.
Визуальный обзор профилей относительной концентрации водяных паров выявил интересную особенность. В верхней части мезосферы в большинстве случаев наблюдается плавное уменьшение концентрации водяного пара с высотой, что объяснимо с точки зрения простых физических соображений - прежде всего предположения о том, что источниками пара являются нижележащие слои атмосферы. Кроме того с высотой следует ожидать падения концентрация водяных паров вследствие фото диссоциации (рис. 1).
Такие профили мы условно назвали «плоскими». Единственной причиной резкого падения концентрации водяного пара с высотой могла быть только его конденсация в кристаллики льда. В этой связи выдвинута рабочая гипотеза, согласно которой «плоские» профили концентрации водяных паров в мезосфере соответствуют такому положению точек съёмки, которые совпадают с положением в пространстве полей МСО.
Для проверки этого предположения по известным координатам точки съёмки профилей, концентрации водяных паров наносились на изображения глобального поля МСО. Итоги работы представлены на рисунках 2-4.
Рис. 2. Профиль (А) и глобальное поле МСО (Б)
Здесь на изображении облачного поля (рис. 2 Б) пятилучевой звездой указано положение пункта наблюдения, а четырёх лучевой (здесь и далее) положение точки измерения профилей атмосферы. Может показаться, что последняя приходится на край облачного поля. Но это не так. Облачное поле распространяется гораздо южнее, его край на снимке чисто технический эффект. Так что измеренные профили атмосферы «пронизывают» слой МСО.
83km info: Sat 2013-06-15 20:30:10 Lat: 65.3716 Lon: 72.3918
H20 vmr, event 66949 orbit number 33475
100r
А Б
Рис. 3. Профиль (А) и глобальное поле МСО (Б)
Аналогичная ситуация реализуется и для случая представленного на рис. 3.
А Б
Рис. 4. Профиль (А) и глобальное поле МСО (Б)
Но самая яркая ситуация обнаруживается на рисунке 4, где если судить по виду профиля концентрации водяного пара, возможно присутствуют два слоя облачности, разнесённые по высоте.
В том случае если точка измерения профилей находилась вне локализации полей МСО, их вид был обычным - плавным. Пример такой ситуации (кстати, более частой) приведён на рисунке 5.
А Б
Рис. 5. Профиль (А) и глобальное поле МСО (Б)
Отдельно коснёмся вопроса о влиянии наличия облачности на температурные профили (рис. 6 А и Б). Оказалось, что в том случае, когда профиль проходит сквозь облако, на нём отмечаются особенности в виде локального повышения температуры, связанного либо с выделением скрытой теплоты конденсации, либо с изменением радиационного баланса в слое.
Такие особенности выражены явно как на рисунке 6 (А) или неявно (в виде изменения температурного градиента) как на рисунке 6 (Б) именно на средней высоте нахождения серебристых облаков.
SQFiE L2 z.oTestFri 2013-06-21 Temperature (К) S0F|E L2 2.0TestTue 2013.07.02 Temperature (K)
А Б
Рис. 6. Профиль изменения температурного градиента для точек, совпадающих с положением облака
Таким образом, можно констатировать, что вид вертикальных профилей относительной концентрации водяного пара и температуры однозначно связан с наличием в мезосфере ледяного водного аэрозоля. Обнаружение этого эффекта позволит в перспективе детектировать наличие МСО в условиях недостаточной (ночь) или избыточной освещённости (день). Благодаря этому возможно решение давно обсуждаемого вопроса о возможности образования серебристых облаков в дневных условиях.
Список литературы:
1. Сайт спутника AIM, раздел содержит профили влагосодержания и температуры [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sofie.gats-inc.com/ sofie/index.php.
2. Lubken F-J., Baumgarten G., Fiedler J., Gerding M., Houffner J., Berger U. // Seasonal and latitudinal variation of noctilucent cloud altitudes. geophysical research letters, Vol. 35, L06801, doi:10.1029/2007 GL032281. - 2008. - С. 3, 4.
ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ АЭРОЗОЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ В СЕРЕБРИСТЫХ ОБЛАКАХ ПО СПУТНИКОВЫМ ПРОФИЛЯМ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДЯНЫХ ПАРОВ
© Солодовник А.А.*, Журавлев П.Л.Ф
Северо-Казахстанский государственный университет, Республика Казахстан, г. Петропавловск
Исследуется возможность дистанционного определения абсолютной плотности аэрозольной компоненты в мезосферных серебристых обла-
* Доцент астрономии кафедры «Физика», кандидат физико-математических наук.
* Магистрант.
