Том 31, номер 10, статья № 6

Коршунов В.А., Мерзляков Е.Г., Юдаков А.А. Наблюдения метеорного аэрозоля в верхней стратосфере – нижней мезосфере методом двухволнового лидарного зондирования. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 10. С. 805–814.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Приводятся результаты двухволнового лидарного зондирования средней атмосферы в диапазоне высот от 30 до 60 км над г. Обнинском (55,1° с.ш., 36,6° в.д.) в 2012–2017 гг. Усредненные по слоям 40–50 и 50–60 км среднемесячные значения отношения коэффициентов обратного аэрозольного и обратного рэлеевского рассеяний (ОКОАРР) на длине волны 532 нм изменяются от 0 до 0,02, в то время как средние пиковые уровни ОКОАРР в этих слоях варьируют от 0,1 до 0,2. Наблюдаются кратковременные (менее месяца) и долговременные (от полугода и более) вариации обратного рассеяния. Кратковременные вариации соотносятся по времени с прохождением метеорных потоков. Долговременное увеличение обратного рассеяния в слое 50–60 км наблюдалось в 2013 г. после падения Челябинского метеорита, а также в первом полугодии 2016 г. В 2014–2015 гг. среднемесячное ОКОАРР в пределах погрешностей было равно 0 на высотах от 40 до 60 км.
Проведен анализ возможности проявления метеорного аэрозоля в обратном рассеянии с учетом потоков метеорного вещества, гравитационного осаждения аэрозоля и влияния вертикального ветра. Показано, что поток видимых метеоров c массой более 10-6 кг и болидов недостаточен для долговременного увеличения обратного рассеяния в слое 50–60 км. Предполагается, что наиболее вероятной причиной увеличения обратного рассеяния является формирование укрупненной фракции частиц метеорной дымки, образующихся при абляции радиометеоров и проникающих в верхнюю стратосферу в области полярного стратосферного вихря. В начале 2016 г. этому способствовали образование необычайно интенсивного полярного стратосферного вихря и его смещение в сторону Евразии.

Ключевые слова:

лидар, обратное рассеяние, средняя атмосфера, метеорный аэрозоль, метеорная дымка

Список литературы:

1. Микиров А.Е., Смеркалов В.А. Исследование рассеянного излучения верхней атмосферы Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 208 с.
2. Plane J.M.C. Cosmic dust in the earth’s atmosphere // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41. P. 6507–6518.
3. Bardeen C.G., Toon O.B., Jensen E.J., Marsh D.R., Harvey V.L. Numerical simulations of the three-dimensional distribution of meteoric dust in the mesosphere and upper stratosphere // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. D17202. DOI: 10.1029/2007JD009515.
4. Hervig M.E., Gordley L.L., Deaver L.E., Siskind D.E., Stevens M.H., Russell J.M.III, Bailey S.M., Megner L., Bardeen C.G. First satellite observations of meteoric smoke in the middle atmosphere // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. P. L18805. DOI: 10.1029/ 2009GL039737.
5. Hervig M.E., Brooke J.S.A., Feng W., Bardeen C.G., Plane J.M.C. Constraints on meteoric smoke composition and meteoric influx using SOFIE observations withmodels // J. Geophys. Res.: Atmos. 2017. V. 122, N 13. P. 495–13,505. URL: https://www.doi.org/ 10.1002/2017JD02765.
6. Бычков В.В., Маричев В.Н. Образование водных аэрозолей в верхней стратосфере в периоды зимнего аномального поглощения радиоволн в ионосфере // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 3. C. 248–255.
7. Бычков В.В., Шевцов Б.М., Маричев В.Н. Некоторые среднестатистические характеристики появления аэрозольного рассеяния в средней атмосфере Камчатки // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 10. C. 868–870; Bychkov V.V., Shevtsov B.M., Marichev V.N. Same statistically average characteristics of occurrence of aerosol scattering in the middle atmosphere of Kamchatka // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 2. P. 104–106.
8. Коршунов В.А., Зубачев Д.С., Мерзляков Е.Г., Jacobi Ch. Результаты определения аэрозольных характеристик средней атмосферы методом двухволнового лидарного зондирования и их сопоставление с измерениями метеорного радиоэха // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 10. C. 862–868; Korshunov V.A., Zubachev D.S., Merzlyakov E.O., Jacobi Ch. Aerosol parameters of middle atmosphere measured by two-wavelength lidar sensing and their comparison with radio meteor echo measurements // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 1. P. 82–88.
9. Черемисин А.А., Границкий Л.В., Мясников В.М., Ветчинкин Н.В. Дистанционное зондирование в ультрафиолетовом диапазоне аэрозольного слоя в окрестности стратопаузы с борта космической астрофизической станции «Астрон» // Оптика атмосф. и океана. 1998. Т. 11, № 10. C. 1111–1117.
10. Keckhut P., Hauchecorne A., Chanin M.L. A critical review of the data base acquired for the long term surveillance of the middle atmosphere by French Rayleigh lidars // J. Atmos. Ocean. Technol. 1993. V. 10, iss. 6. P. 850–867.
11. Klekociuk A.R., Brown P.G., Pack D.W., ReVelle D.O., Edwards W.N., Spalding R.E., Tagliaferri E., Yoo B.B., Zagari J. Meteoritic dust from the atmospheric disintegration of a large meteoroid // Nature. 2005. V. 436, N 7054. P. 1132–1135.
12. Иванов В.Н., Зубачев Д.С., Коршунов В.А., Лапшин В.Б., Иванов М.С., Галкин К.А.,. Губко П.А, Антонов Д.Л., Тулинов Г.Ф., Черемисин А.А., Новиков П.В., Николашкин С.В., Титов С.В., Маричев В.Н. Лидарные наблюдения стратосферных аэрозольных следов от Челябинского метеорита // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 2. С. 117–122.
13. Черемисин А.А., Новиков П.В., Шнипов И.С., Бычков В.В., Шевцов Б.М. Лидарные наблюдения и механизм формирования структуры аэрозольных слоев в стратосфере и мезосфере над Камчаткой // Геомагнетизм и аэрономия. 2012. Т. 52, № 5. С. 690–700.
14. Gryazin V.I., Beresnev S.A. Influence of vertical wind on stratospheric aerosol transport // Meteorol. Atmos. Phys. 2011. V. 110. P. 151–162. DOI: 10.1007/s00703-010-011.
15. Della Corte V., Franciscus J., Rietmeijer M., Alessandra Rotundi A., Ferrari M., Palumbo P. Meteoric CaO and carbon smoke particles collected in the upper stratosphere from an unanticipated source // Tellus B: Chem. Phys. Meteorol. 2013. V. 65, N 1. P. 20174. DOI: 10.3402/tellusb.v65i0.20174.
16. Глазов Г.Н. Статистические вопросы лидарного зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1987. 311 с.
17. Behrendt A., Nakamura T. Calculation of the calibration constant of polarization lidar and its dependency on atmospheric temperature // Opt. Express. 2002. V. 10, N 16. P. 805–817.
18. Adam M. Notes on temperature-dependent lidar equations // J. Atmos. Ocean. Technol. 2009. V. 26, N 6. P. 1021–1039.
19. Rietmeijer F.J.M. Interrelationships among meteoric metals, meteors, interplanetary dust, micrometeorites, and meteorites // Meteorit. Planet. Sci. 2000. V. 35, iss. 5. P. 1025–1041.
20. Spurný P., Borovička J., Mucke H., Svoreň J. Discovery of a new branch of the Taurid meteoroid stream as a real source of potentially hazardous bodies // Astron. Astrophys. 2017. V. 605. P. A68. DOI: 10.1051/0004-6361/201730787.
21. International Meteor Organization. Visual Meteor Database. URL: https://www.imo.net/members/ imo_vmdb/ (last access: 5.03.2018).
22. Neely R.R. III, English J.M., Toon O.B., Solomon S., Mills M., Thayer J.P. Implications of extinction due to meteoritic smoke in the upper stratosphere // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. P. L24808. DOI:10.1029/ 2011GL049865.
23. Ceplecha Z., Borovička J., Elford W., Revelle D., Hawkes R., Porubčan V., Šimek M. Meteor phenomena and bodies // Space Sci. Rev. 1998. V. 84, iss. 3/4. P. 327–471.
24. Carrillo-Sánchez, J.D., Plane J.M.C., Feng W., Nesvorný D., Janches D. On the size and velocity distribution of cosmic dust particles entering the atmosphere // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42, iss. 15. P. 6518–6525. DOI: 10.1002/ 2015GL065149.
25. Kalashnikova O., Horanyi M., Thomas G.E., Toon O.B. Meteoric smoke production in the atmosphere // Geophys. Res. Lett. 2000. V. 27, N 20. P. 3293–3296.
26. Brown P., Spalding R.E., ReVelle D., Tagliaferri O.E., Worden S.P. The flux of small near-Earth objects colliding with the Earth // Nature. 2002. V. 420. P. 314–316. DOI: 10.1038/nature01238.
271. Филиппов В.А. Лазерно-локационные исследования метеорных следов и внутренних гравитационных волн: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Республика Казахстан. Алматы: АО «Национальный центр космических исследований и технологий». Алматы, 2010. 17 с.
28. Грязин В.И., Береснев С.А. О вертикальном движении фракталоподобных частиц в атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 6. C. 506–509.
29. Saunders R.W., Dhomse S., Tian W.S., Chipperfield M.P., Plane J.M.C. Interactions of meteoric smoke particles with sulphuric acid in the Earth’ stratosphere // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. P. 4387–4398. DOI: 10.5194/acp-12-4387-2012.
30. Jet propulsion laboratory. Fireball and Bolide Data. URL: https://www.cneos.jpl.nasa.gov/fireballs/ (last access: 10.04.2018).
31. Matthias V., Dörnbrack A., Stober G. The extraordinary strong and cold polar vortex in the early northern winter 2015/2016 // Geophys. Res Lett. 2016. V. 43, iss. 23. P. 12.287–12.294.
32. Palmeiro F.M., Iza M., Barriopedro D., Calvo N., García-Herrera R. The complex behavior of El Niño winter 2015–2016 // Geophys. Res Lett. 2017. V. 44, iss. 6. P. 2902–2910.
33. Никифорова М.П., Звягинцев А.М., Варгин П.Н., Иванова Н.С., Лукьянов А.Н., Кузнецова И.Н. Аномально низкие уровни общего содержания озона над севером Урала и Сибири в конце января 2016 г. // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 1. С. 12–19; Nikiforova M.P., Zvyagintsev A.M., Vargin P.N., Ivanova N.S., Lukyanov A.N., Kuznetsova I.N. Anomalously low total ozone levels over the Northern Urals and Siberia in late January 2016 // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 3. P. 255–262/
34. Кропоткина Е.П., Соломонов С.В., Розанов С.Б., Игнатьев А.Н., Лукин А.Н. Изменения содержания озона в стратосфере над Москвой под влиянием динамических процессов в холодный период 2015–2016 гг. // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2018. № 1. С. 17–24.
35. Curtius J., Weigel R., Vossing H.-J., Wernli H., Wer-ner A., Volk C.-M., Konopka P., Krebsbach M., Schil-ler C., Roiger A., Schlager H., Dreiling V., Borrmann S. Observations of meteoric material and implications for aerosol nucleation in the winter Arctic lower stratosphere derived from in situ particle measurements //Atmos. Chem. Phys. 2005. V. 5, iss. 11. P. 3053–3069.
36. Megner L., Siskind D.E., Rapp M., Gumbel J. Global and temporal distribution of meteoric smoke: A two dimensional simulation study // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. D03202. DOI: 10.1029/2007JD009054.
 

Вернуться