авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Излучение верхней атмосферы земли в средних широтах азиатского континента и его региональные особенности

-- [ Страница 3 ] --

Также рассматривалась поляризация протонного полярного сияния в водородной эмиссии Н в связи с упоминанием в литературе поляризации среднеширотных сияний. Были рассмотрены экспериментальные результаты спектрополяриметрии водородной эмиссии Н в полярных сияниях для оценки энергии протонного пучка, обуславливающего поляризацию эмиссии Н. В предположении, что наблюдаемая линейная поляризация излучения Н обусловлена наведением упорядоченности угловых моментов в состоянии с главным квантовым числом n = 4 ансамбля атомов водорода протонным пучком, распространяющимся вдоль силовой линии магнитного поля Земли. Рассматривалось упорядоченное распределение угловых моментов в возбужденном состоянии ансамбля атомов водорода с квантовыми числами n и l, тип которого характеризуется порядком поляризационного момента kq (l). Величина 00(l) (скаляр) пропорциональна заселенности состояния с главным квантовым числом n и орбитальным моментом l, а величины 1q(l) и 2q(l), называемые соответственно вектором ориентации и тензором выстраивания, определяют дипольный магнитный и квадроупольный электрический моменты наводимой упорядоченности. Та или иная комбинация поляризационных моментов 00(l), 1q(l) и 2q(l), необходимых для описания ансамбля частиц, зависит от свойств симметрии процессов в газе и проявляется в поляризации линейчатых спектров спонтанного излучения.

В итоге было получено, что параметр Стокса Q приблизительно постоянен и равен (3.2±0.5)%. Из сравнения этого значения с зависимостью параметра Q от величины энергии протонного пучка был сделан вывод, что указанной величине степени поляризации удовлетворяют два интервала энергии: Е = 98±6 и 136±8 кэВ. Согласно результатам, полученными спектрометрическим методами, энергия протонного пучка, ответственного за возбуждение ансамбля атомов водорода, излучение которого обуславливает полярное сияние, в основном лежит в диапазоне 1-100 кэВ. Характерные высоты протонных полярных сияний (105-145 км) также указывают на высыпающиеся протоны с энергиями, не превосходящими 100-150 кэВ. Таким образом, был сделан вывод, что полученные оценки энергии протонного пучка, полученные на основе рассмотрения поляризационных характеристик излучения, совпадают с наблюдаемым интервалом энергий протонов в протонных полярных сияниях.

В связи с наблюдаемыми климатическими изменениями было проведено исследование данных регулярных наблюдений среднеширотного свечения ночной атмосферы в линиях 557.7 нм (высоты высвечивания 85-115 км) и 630 нм (180-250 км), полученных в Геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН (52є N, 103є E) в текущем 23-м солнечном цикле и сопоставление с данными наблюдений, полученными в предыдущие солнечные циклы на других среднеширотных станциях.

В общем случае, интенсивность эмиссии 630 нм в 23-м солнечном цикле изменялась в фазе с солнечным циклом, увеличиваясь от периодов низкой солнечной активности к периоду высокой солнечной активности. Отношение значений интенсивностей эмиссии

630 нм в максимуме и минимумe солнечной активности составило величину ~ 2.3. В вариациях среднемесячных значений эмиссии 630 нм выделяются 2-3 летние периоды, которые, возможно, связаны с наложением не совпадающих по фазам эффектов солнечной и геомагнитной активности.

В течение 23-го солнечного цикла корреляция интенсивности эмиссии 557.7 нм с солнечной активностью (F10.7 ) имела качественно различный характер в разные фазы цикла. На фазе роста и максимума солнечной активности отмечалась отрицательная корреляция среднемесячных значений интенсивностей эмиссии 557.7 нм и индекса F10.7, которая сменилась положительной корреляцией на фазе спада. Нарушение корреляции среднемесячных значений интенсивностей эмиссии 557.7 нм с индексом F10.7 на фазе роста солнечной активности в 23-м солнечном цикле связывается с аномальным термодинамическим режимом средней атмосферы в 1998 – 2000 гг. Выявлено, что особенности многолетних вариаций интенсивности эмиссии 557.7 нм в 23-м и 20-м солнечных циклах наиболее подобны.

Четвертая глава посвящена вариациям атмосферной эмиссии 557.7 нм в периоды стратосферных потеплений и полетов космических объектов.

Одним из значимых источников возмущений в свечении атмосферы являются стратосферные потепления. Проведенные в 60-70 годах прошлого века исследования влияния стратосферных потеплений на вариации атмосферных эмиссий давали средние значения амплитуд вариаций эмиссии 557.7 нм 20-30%, в отдельных случаях до 100%. Среди классических работ можно отметить работу Fukuyаma (1977), выполненную в основном по данным европейских станций. Эти же значения амплитуд возмущений были заложены в эмпирические модели (Семенов, Шефов, 1997).

В регионе Восточной Сибири во время стратосферных потеплений зарегистрированы аномально высокие значения интенсивности эмиссии 557.7 нм, превосходящие средние сезонные значения на 200-450 %. Значения интенсивностей эмиссии 557.7 нм, зарегистрированные в периоды стратосферных потеплений в январе 2000 г. (~ 2000 Рл) и декабре 2001 г. (~ 2200 Рл), могут быть отнесены к экстремально регистрируемым возмущениям интенсивности этой эмиссии в средних широтах. Аномально высокие значения интенсивности эмиссии 557.7 нм ( 2000 Рл) во время этих событий позволяют формально отнести их к среднеширотным сияниям немагнитосферной природы.

Для уточнения механизмов формирования аномально высоких значений интенсивности эмиссии 557.7 нм во время стратосферных потеплений были исследованы связи интенсивностей этой эмиссии с температурой мезосферы на высоте высвечивания ее максимума и спорадическими Es слоями.

Была выявлена положительная регрессионная зависимости интенсивности эмиссии 557.7 нм и температуры на высоте 95 км (данные лимбового зонда MLS спутника Aura EOS), которая не соответствует температурным зависимостям реакций рассматриваемых механизмов возбуждения эмиссии 557.7 нм. В связи с этим температура и ее вариации не могут быть привлечены в качестве основного механизма формирования аномально высоких значений интенсивности эмиссии 557.7 нм во время стратосферных потеплений. В этом случае, аномально высокие значения интенсивности эмиссии 557.7 нм во время стратосферных потеплений могут быть обусловлены как увеличением концентрации атмосферных составляющих, обуславливающих заселение уровня 1S атомарного кислорода (например, О и О2), так и уменьшением концентрации атмосферных составляющих, дезактивирующих заселение уровня 1S атомарного кислорода (т.е. изменением соотношения между атмосферными составляющими, участвующими в возбуждении и гашении уровня 1S) или изменением их высотных распределений.

Спорадические Es слои, образуясь на высотах высвечивания эмиссии 557.7 нм, по данным отдельных работ могут вызывать увеличение интенсивности эмиссии 557.7 нм или служить источником ее возмущений. В связи с этим были исследованы события одновременного усиления ночного излучения верхней атмосферы в линии атомарного кислорода 557.7 нм и образования спорадических Es слоев в средних широтах в период температурного возмущения на высотах стратосферы и мезосферы. В межсуточных вариациях усиления интенсивности линии 557.7 нм и наблюдаемости спорадических слоев Es была выявлена задержка ~ 1 суток, что в совокупности с другими данными, в частности, высотными распределениями температуры на уровнях стратосферы и мезосферы, указывало на разнесенность по высотам эмиссионного слоя 557.7 нм и спорадических слоев Es. Это обстоятельство, как и отсутствие внутрисуточных регулярных корреляций между интенсивностью эмиссии 557.7 нм и характеристиками спорадических слоев Es, пока не дает оснований для привлечения (по крайней мере, для рассмотренных геофизических условий) реакций заселения уровня 1S атомарного кислорода с участием электронов (например, О + е О(1S) +е ) для интерпретации наблюдаемых аномально высоких значений интенсивности эмиссии 557.7 нм во время стратосферных потеплений.

Полет в верхних слоях атмосферы искусственных и естественных космических объектов - метеоров, космических аппаратов (КА) и их фрагментов может сопровождаться развитием на высотах верхней атмосферы ряда явлений: образованием ударных и акустико-гравитационных волн, нагревом и ионизацией среды, модификацией ионосферы в случае движения КА с работающим двигателями и др., что в ряде случаев приводит к оптическому проявлению этих явлений в виде возмущений собственного излучения атмосферы. При этом условия возникновения, основные характеристики и механизмы возмущений оптического излучения выяснены только для некоторых реализующихся в верхней атмосфере геофизических ситуаций.

Нами исследовались возмущения излучения ночной среднеширотной атмосферы движущимися космическими объектами - при запусках космических аппаратов (КА) и в период прохождения метеорного потока Леониды в 2001 г. Зарегистрированы возмущения излучения эмиссионных атмосферных слоев в линиях 557.7 и 630 нм атомарного кислорода, возникающие при полете космических систем в дальней зоне от места старта КА (>2500 км). Возмущения проявляются в изменениях, в течение десятков минут, временного спектра вариаций оптического излучения в послестартовые периоды регистрации. Характерное время между стартом КА и появлением тенденции к изменению временного спектра для длины волны излучения 557.7 нм составляет ~ 7-25 минут. Возмущения соответствуют диапазону колебаний атмосферных акустических волн. При запуске КС "Энергия" зарегистрировано кратковременное увеличение интенсивности излучения в линии 557.7 нм, предшествующее появлению отмеченным выше возмущениям. Кратковременное увеличение интенсивности излучения при запуске КС "Энергия" может быть обусловлено как гидродинамическими возмущениями (ударная волна и сопутствующие этому эффекты), так и изменением химического состава под действием выбросов продуктов сгорания (модификация ионосферы).

В период максимальной фазы прохождения метеорного потока Леониды 18 ноября 2001 г. в спектрах вариаций свечения атмосферы (эмиссии 557.7 и 630 нм) отмечалось изменение вида спектрального распределения колебаний по сравнению с предшествующими днями, заключающееся в относительном увеличении амплитуд сигналов в диапазоне периодов ~ 5-100 минут. Значения кросскорреляционной функции для временных рядов эмиссий 557.7 и 630 нм в отдельные интервалы времени 18 ноября 2001 г достигали величин ~ 0.7-0.8 с временными сдвигами 30-50 минут. Указанные периоды колебаний зарегистрированы также в вариациях полного электронного содержания и приземного атмосферного давления, для которых в отдельные интервалы времени отмечались высокие коэффициенты корреляции с вариациями эмиссий 557.7 и 630 нм. Эти периоды колебаний и оцененные по нашим данным вертикальные фазовые скорости волновых возмущений соответствуют характеристикам ВГВ в верхней атмосфере.

Рассмотрение результатов исследования стартов КА и прохождения метеорного потока Леониды 2001 позволяет утверждать, что волновые возмущения верхней атмосферы, обусловленные движущимися космическими объектами, в ряде случаев могут охватывать всю атмосферную толщу, от приземных слоев до ионосферных высот, в достаточно широком частотном диапазоне.

В пятой главе излагаются результаты исследований оптических вспышек в излучении ночной среднеширотной атмосферы.

Субвизуальные оптические вспышки (ОВ) излучения ночной атмосферы являются наименее изученным явлением в оптике верхней атмосферы. Первоначально ОВ были обнаружены в авроральной, затем в субавроральной зонах.

Нами были обнаружены и исследованы ОВ в излучении ночной среднеширотной атмосферы с длительностями десятки-сотни миллисекунд. Определены энергетические характеристики вспышек, особенности спектрального состава излучения оптических вспышек, суточное распределение среднего числа вспышек, временная форма, пространственные масштабы отдельных вспышек и другие параметры.

Был предложен источник и физическая интерпретация ОВ, связанные с микровсплесками электронных потоков. Рассматривалось заселение спектральных уровней 1S и 1D [OI] при микровсплесках электронных потоков (МКВ) путем решения уравнений баланса для уровней 1S и 1D с учетом электронных высыпаний. Для уровня 1S уравнение баланса записывалось в виде:

= K2 N + ne (t) Veэф Nэф - (K3 [O2] + K4 N0 + As) Ns

где NS - концентрация атомов нейтрального кислорода [ОI] в состоянии 1S, N0 - концентрация нейтрального кислорода в основном состоянии 3P. Первый и последний члены в правой части уравнения отражают заселение и дезактивацию уровня 1S в соответствии с механизмом Чепмена в невозмущенных условиях, второй член - заселение рассматриваемого уровня при электронных высыпаниях МКВ.

Было установлено, что длительности МКВ 0.005-0.8 сек сопоставимы с длительностями регистрируемых оптических вспышек 0.01-1 сек., т.е. можно выделить источник возбуждения атмосферных составляющих на высотах верхней атмосферы с характерным временным масштабом. Существует диапазон высот, в пределах которого времена релаксации уровней 1S и 1D [OI] оказываются существенно меньше их радиационных времен жизни, достигая в частности минимальных значений длительностей оптических вспышек. В этом диапазоне высот осуществляется наиболее эффективное взаимодействие электронов с энергией ~ 2-40 кэВ с атмосферными составляющими. Количественная оценка заселения уровня 1S [OI] при МКВ позволяет допустить возможность заселения этого уровня, достаточного для оптического проявления при наземных оптических наблюдениях.

Также были проведены расчеты поляризации ОВ, для которых ранее экспериментально зарегистрирована поляризация излучения. Рассчитывались сечения наведения упорядоченности угловых моментов типа заселенности и выстраивания и оценка степени поляризации излучения атомов кислорода в запрещенной линии 630 нм, соответствующей переходу 3P2 – 1D2, в предположении столкновительного возбуждения высокоэнергичными электронами применительно к атмосферным оптическим вспышкам. Что касается линии яркой зеленой линии 557.7 нм, соответствующей переходу 1D2 – 1S0, то она не может быть поляризована в силу того, что, как это следует из общей теории сложения моментов, в состоянии 1S0 невозможно создать упорядоченность ранга, отличного от нуля.

Вычисленные поляризационные моменты возбужденного состояния 1D2 определяют параметр Стокса Q излучения, соответствующего магнитному дипольному переходу 3P2 – 1D2. В результате было получено, что при малых значениях относительных скоростей значение параметра Стокса Q быстро возрастает, достигая значения 25% в районе энергии относительного движения в 300 эВ. Далее значение этого параметра держится в районе 30% вплоть до 1.5 кэВ, потом начинает убывать, что объясняется более быстрым ростом сечения наведения упорядоченности типа заселенности, чем выстраивания. Если предположить, что в оптических вспышках возбуждение уровня 1D2 осуществляется в основном вторичными электронами в диапазоне энергий 2-100 эВ, то согласно приведенному выше расчету этому диапазону энергий электронов могут соответствовать значения степени поляризации излучения линии 630 нм 10-24%. Это оказывается несколько меньше экспериментально зарегистрированных значений степени поляризации ~ (18-56) %, но тем не менее свидетельствуют, что при определенных условиях наблюдений можно ожидать значительной поляризации красной линии 630 нм атомарного кислорода.

Шестая глава посвящена региональным особенностям излучения верхней атмосферы Земли в Восточной Сибири (Геофизическая обсерватория ИСЗФ СО РАН).

Одна из особенностей рассматриваемого региона связана с излучением верхней атмосферы в периоды геомагнитных возмущений. Исследования среднеширотных сияний во время больших геомагнитных бурь показали их преимущественную регистрацию в определенные часы суток (суточная зависимость вероятности наблюдения среднеширотных сияний). Среднеширотные сияния типа “d”, которые наблюдались в главные фазы магнитных бурь, обладают общей особенностью, связанной с их регистрацией во вторую половину ночи. Особенность регистрации среднеширотных сияний во вторую половину ночи в периоды главных фаз магнитных бурь в Геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН связывается с выявленной корреляцией интенсивности доминирующей эмиссии

630 нм с Dst-индексом вариаций геомагнитного поля во время геомагнитных возмущений, для которого существует выраженная UT зависимость. В работе Cliver E.W и др. (2000) по большой статистике, полученной для всех дней периода 1957-1997 гг., проведен анализ средних суточных распределений часовых значений Dst-индексов и показано существование двух минимумов (максимумов геомагнитных возмущений) приходящихся на 0-6 и 18-24 UT. Нами был проведен аналогичный анализ средних суточных распределений часовых значений Dst – индексов за период 1957-2000 гг. для геомагнитно возмущенных дней со значениями Dst-индексов соответственно -50, -100, -200 и -300 нT. В результате также были выделены два минимума в суточном распеределении Dst – индексов в 0-6 и 18-24 UT, причем наибольший минимум приходится на 18-24 UT. Было выявлено, что интервалы времени в рассматриваемой долготной зоне Восточной Сибири, доступные для ночных оптических наблюдений, совпадают со вторым минимумом в суточном распределении Dst-индексов (18-24 UT), который приходится соответственно на вторую половину ночи и предрассветные часы по местному времени LT. В качестве одной из основных причин появления долготных и UT зависимостей авроральных явлений указывают несовпадение геомагнитных и географических полюсов и соответственно изменение положения геомагнитного поля Земли по отношению к межпланетному магнитному полю в течение суток. Зависимость интенсивности эмиссии 630 нм от Dst-индекса во время геомагнитных бурь имеет физическую интерпретацию, связанную с взаимодействием усиливающего кольцевого тока (который и определяет Dst-вариации) с плазмосферой, результатом которого могут быть усиления потоков плазмы из плазмосферы в ионосферу и ее нагрев. Таким образом, существование выраженной UT зависимости Dst вариаций геомагнитного поля и обсуждаемая связь интенсивности эмиссии 630 нм с величиной кольцевого тока (Dst) должны приводить к появлению зависимости вероятности регистрации различных типов среднеширотных сияний от долготы (для фиксированных геомагнитных широт), обусловленной различными соотношениями между UT временем, соответствующим минимальным Dst-индексам (максимальным геомагнитным возмущениям), и LT временем ночных периодов наблюдений для различных долготных зон. Подтверждением этого может служить и регистрация преимущественно в первую половину ночи возмущений эмиссии 630 нм в фазы восстановления магнитных бурь, интерпретируемые как SAR-дуги, в регионе Восточной Сибири.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.