ЛАБОРАТОРИЯ ФИЗИКИ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ

200 300

30

40

50

60

70

80

90

100

110

 û

ñ î

ò à

, ê

ì

1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995

F10

.7

50

150

250

Tåì ï åðàòóðà, Ê

Ñê î ðî ñòü î ñåäàí è ÿ r, ì /ãî ä

10 100 1000

 û

ñ î

ò à

Z, ê

ì

10

100

1000

r = 80(Z/100)1.1

Лаборатория физики верхней атмосферы Института физики атмосферы АН СССР (ИФА) основана в 1956 г. Основателем и первым руководителем Лаборатории был доктор физико-математических наук, Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, Лауреат Сталинской премии, профессор Валерьян Иванович Красовский.

Основные направления исследований:

1. Аэрономия и солнечно-земные связи

2. Внутренние гравитационные волны и эффекты орографии в верхних слоях атмосферы

Спектрофотометрический комплекс –спектрограф СП-50 с ПЗС приемником для измерения собственного ночного излучения верхней атмосферы в облас-ти спектра 500-1200 нм

Фрагмент "Атласа спектра излучения ночного неба 3000 – 12400 Å". Область спектра 9800 – 11400 Å.

Важной стороной исследований явились результаты изучения распространения внутренних гравитационных волн в атмосфере, анализ источников их генерации, связанных с метеорологическими процессами в тропосфере и взаимодействием ветровых потоков с неоднородностями земного рельефа, а также воздействия их на кинетику фотохимических процессов возникновения эмиссий верхней атмосферы, и, в конечном итоге, на ее энергетику. Это создало новое признанное направление исследований во всем мире. Разработанная теория и полученные результаты были признаны открытием В.И. Красовского за № 209 от 21 декабря 1978 г. с приоритетом 10 января 1972 г.

3. Климат средней и верхней атмосферы

Аэрономия – как раздел физики атмосферы, посвященный комплексному исследованию взаимодействия ультра-фиолетового излучения Солнца, нейтрального и ионизованного состава, фотохимических и динамических процессов в атмосфере Земли, явилась предметом работы Лаборатории на протяжении 50 лет. Методом исследований являлись спектрофотометрические измерения собственного ночного излучения верхней атмосферы на высотах выше 80 км при помощи специально разработанной светосильной спектрографической аппаратуры для области спектра 300 – 1250 нм с применением электронно-оптической техники. С ее помощью были впервые в мире обнаружены новые типы излучений (водород, гелий, континуум), дана их теоретическая интерпретация, детально исследованы эмиссии гидроксила, молекулярного кислорода, атомов натрия, атомарного кислорода 557.7 и 630 нм. На основе систематизации накопленного материала были разработаны модели вариаций этих эмиссий, отображающих широкий спектр вариаций, в том числе от солнечной активности и многолетнего тренда.

Серебристые облака, зарегистрированные на Звенигородской научной станции 6 июля 2000 г.

Среднемесячные высотные рас-пределения кон-центрации ато-марного кислоро-да на основе дан-ных измерений эмиссии 557.7 нм для условий мини-мума (F10.7 = 75) и максимума сол-нечной активно-сти (F10.7= 203)

Среднемесячные вариации отклика температуры атмосферы на различных высотах на солнечную активность на основе данных ракетных и спектро-фотометрических измерений. Черная линия – среднегодовая отклик

Итогом развития многолетних исследований (~50 лет) явилось накопление уникальных данных о температуре средней и верхней атмосферы. Они позволили обнаружить многолетние среднегодовые и сезонные климатические изменения температурного режима и состава средней и верхней атмосферы, сопровождающиеся их охлаждением и оседанием. В последние десятилетия тенденция среднегодового уменьшения температуры на высотах ~ 87 км ( –0.68 К·год–1 в период 1955-1990 гг.), стала заметно ослабевать.

Вычисленное пространственное распределение вер-тикального притока энергии ВГВ, генерируемых над Кавказским хребтом, на высотах ~ 90 км над его подветренной областью. p и q - координаты поперек и вдоль хребта, соответственно, в единицах высоты гидроксильного слоя (~90 км)

Среднегодовые высотные распределения температуры на высотах 25-110 км (1955 – 1995 гг.). Толстыми линиями указаны профили температуры через каждые 5 лет. Внизу показаны вариации солнечной активности -- поток радиоизлучения F10.7. Полыми и сплошными кружками указаны высоты атмосферы, для которых температуры равны 210 К и 250 К, соответственно

Скорость оседания верхней атмосферы на различных высотах на основе данных ионосферных, радиометеорных, эмиссион-ных, ракетных и спутниковых измерений (1955-1990 гг.)

Многолетние вариации среднемесячных зимних (декабрь, синий цвет) и летних (июнь, красный цвет) значений температуры на различных высотах по данным ракетных, эмиссионных и радиофизических измерений

Среднегодовые высотные распределения концент-раций озона (красные линии) и атомарного кислорода (зеленые линии) в ночное время для условий 1955 г., 1972 г. и 1995 г., вычисленные на основе эмпирических моделей вариаций эмиссий ОН и О 557.7 нм, соответственно. Кружки, квадраты и треугольники – концентрации атомарного кислорода, вычисленные по эмиссии ОН для 1955, 1972 и 1995 гг., соответственно. На нижнем графике показаны многолетние изменения высот максимумов концентраций атомарного кислорода О и озона О3

Многолетнее поведение среднегодового зна-чения температуры мезопаузы (~87 км) по данным различных среднеширотных стан-ций

Температура атмосферы в области излучающего слоя молекулы гидроксила [с высоким (а - лето, б - зима) и с низким (в - лето, г - зима) колебательным возбуждением] в зависимости от квадрата относительной амплитуды ВГВ

0 2 4 6 8 10 12

Âû

ñîòà

, êì

86

88

90

92

94

96

98

100

Ì è í è ì óì ñî ë í å÷í î é àê òè âí î ñòè

Êî í öåí òðàöè ÿ àòî ì àðí î ãî ê è ñë î ðî äà, 1011 cm-3

0 2 4 6 8 10 12

Âû

ñîòà

, êì

86

88

90

92

94

96

98

100

Ì àê ñè ì óì ñî ë í å÷í î é àê òè âí î ñòè

ß í âàðüÔåâðàëüÌ àðòï ðåëüÌ àéí üëüãóñòåí òÿáðüÎ êòÿáðüÍ î ÿáðüåêàáðüåäí åãî äî âàÿ

Пространственное распределение источников ВГВ над Кавказским хребтом (точки). Показаны место проведения измерений (КВНС) и области излучающего слоя, визируемые прибором. На врезке – район расположения КВНС (внутри круга)

180

200

220

24097 ê ì

190

200

210

92 ê ì

T å

ì

ï

å

ð

à ò

ó

ð

à,

Ê

160

200

240

87 ê ì

1960 1970 1980 1990 2000

160

200

24080 ê ì

102 ê ì

93 ê ì

à î ä û

200

300 110 ê ì

à î ä û

180

200

220

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Òåì

ïåð

àòóð

à, Ê

n(O3), 108 ì -3

0 2 4 6 8 10

0 2 4 6 8 10

 û

ñ î

ò à

, ê

ì

80

85

90

95

100

105

110

1960 1970 1980 1990

Âû

ñîòà

, êì

90

100

n(O), 1011 ñì -3

O3

O3

O

O

1955

1972

1995

1955

1972

1995