Новая характеристика физико-химических атмосферных процессов в области мезопаузы

Сотрудниками отдела физики атмосферы и микроволновой диагностики Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН были исследованы ранее неизученные особенности химических процессов в так называемой области мезопаузы. Данная область расположена на высотах примерно от 80 до 100–105 км, т.е. вблизи нижней границы космоса, и является на сегодняшний день наименее изученной частью атмосферы Земли. В ней зарегистрирован ряд уникальных явлений и процессов, которые представляют как фундаментальный, так и практический интерес. В частности, на этих высотах температура воздуха может опускаться до самых низких в земных условиях значений (вплоть до –173ºС), что делает эту область особо чувствительной к наблюдаемым климатическим изменениям и антропогенному воздействию на состав атмосферы.

Разработанный ранее в ИПФ РАН метод определения нижней границы высотной области химического равновесия ночного озона был применён к анализу данных глобального трёхмерного моделирования физико-химических процессов в данной области атмосферы. Прежде всего, было выявлено наличие резкой (по высоте) переходной зоны, которая разделяет принципиально разные режимы суточной изменчивости малых газовых примесей. Вертикальная изменчивость положения этой зоны по высоте отражает динамику многих явлений, например, формирование слоёв атомарного кислорода и водорода и инициируемых ими областей свечений ряда атомов и молекул. Данные свечения хорошо регистрируются с поверхности Земли и используются в качестве индикаторов глобального изменения климата. Кроме того, было обнаружено, что граница равновесия ночного озона по разработанному критерию чётко отслеживает высотное положение переходной зоны, следовательно, определяя эту границу по данным спутникового зондирования, можно исследовать пространственно-временную изменчивость физико-химических процессов в области мезопаузы. В связи с этим был проведён анализ глобальной (от 83ºю.ш. до 83ºс.ш.) многолетней эволюции границы равновесия ночного озона по спутниковым данным SABER/TIMED (NASA) за 2002–2021 годы. Было выявлено, что данная характеристика является чувствительным индикатором динамики атмосферы с различными пространственно-временными масштабами. В частности, обнаружена сильная чувствительность к внезапным стратосферным потеплениям и явлениям приподнятой (от обычных 40–60 км до ~80 км) стратопаузы, а годовые вариации на низких и средних широтах демонстрируют чёткий сигнал 11-летнего солнечного цикла.

Результаты работы открывают новые возможности исследования этой труднодоступной области атмосферы Земли.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда 22-12-00064.

Публикация: Kulikov M.Yu., Belikovich M.V., Chubarov A.G., Dementeyva S.O., and Fegin A.M. Boundary of nighttime ozone chemical equilibrium in the mesopause region: long-term evolution from 20-year satellite observations // Atmospheric Chemistry and Physics, 23, 14593–14608, https://doi.org/10.5194/acp-23-14593-2023, 2023.