Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences67481910.31857/S0207401X23100023RLJHJCХимическая физика атмосферных явленийUnknownImpact of Natural Factors on the Temperature in the Lower ThermosphereВлияние природных факторов на температуру нижней термосферыBakhmetievaN. V.БахметьеваН. В.nv_bakhm@nirfi.unn.ruZhemyakovI. N.ЖемяковИ. Н.ilia.zhem@yandex.ruGrigorievG. I.ГригорьевГ. И.ilia.zhem@yandex.ruKalininaE. E.КалининаЕ. Е.ilia.zhem@yandex.ruLobachevsky State University of Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod, RussiaНаучно-исследовательский радиофизический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. ЛобачевскогоLobachevsky State University of Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod, RussiaНижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского011020234210506328022025Copyright ©; 2023, Н.В. Бахметьева, И.Н. Жемяков, Г.И. Григорьев, Е.Е. КалининаCopyright ©; 2023, Н.В. Бахметьева, И.Н. Жемяков, Г.И. Григорьев, Е.Е. Калинина2023Н.В. Бахметьева, И.Н. Жемяков, Г.И. Григорьев, Е.Е. КалининаН.В. Бахметьева, И.Н. Жемяков, Г.И. Григорьев, Е.Е. Калининаhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/674819

The method for determining of the temperature of the lower thermosphere developed and improved by us based on long-term measurements of the parameters of the ionosphere and the neutral atmosphere is described in detail. The requirements for carrying out measurements by the method based on resonant scattering of probe radio waves by artificial periodic inhomogeneities of the ionospheric plasma are formulated, and the basic requirements for recording signals scattered by inhomogeneities and data processing are substantiated. It is shown that the limit of the determining of the temperature in altitude is limited by the level of the turbopause and the upper limit is the determined of by the condition for the fulfillment of thermal equilibrium. Examples of altitude-time temperature variations at altitudes of 90–130 km are given. The new data obtained as a result of experiments on the SURA facility (56.15° N, 46.11° E) in September 2021 are presented. The altitude and time resolutions of the order of 1 km and 15 s, respectively, make it possible to study both fast and slow processes in the lower thermosphere. A large temperature variability at altitudes of 90–130 km during the day and from day-to-day due to the propagation of atmospheric waves with periods ranging from 5–10 min to several hours is demonstrated. The features of smoothing the altitude profile over time and the influence of the use of real and model electron density profiles on temperature, as well as the influence of the sporadic E layer, atmospheric turbulence, and other natural factors, are discussed. The temperature profiles are compared with the MSIS-E-90 model and satellite measurement data.

Подробно описана разработанная нами и усовершенствованная на основе многолетних измерений параметров ионосферы и нейтральной атмосферы методика определения температуры нижней термосферы. Сформулированы требования к проведению измерений методом, основанным на резонансном рассеянии пробных радиоволн искусственными периодическими неоднородностями ионосферной плазмы. Обоснованы основные требования к регистрации сигналов, рассеянных неоднородностями, и обработке данных. Показано, что нижний предел определения температуры по высоте ограничен уровнем турбопаузы, верхний – условием выполнения теплового равновесия. Приведены примеры высотно-временны́х вариаций температуры на высотах 90–130 км. Представлены новые данные, полученные в результате экспериментов на стенде СУРА (56.15° N; 46.11° E) в сентябре 2021 г. Высотное и временнóе разрешение порядка 1 км и 15 с, соответственно, позволяют изучать как быстрые, так и медленные процессы в нижней термосфере. Продемонстрирована большая изменчивость температуры на высотах 90–130 км в течение суток и ото дня ко дню, обусловленная распространением атмосферных волн с периодами от 5–10 мин до нескольких часов. Обсуждаются особенности сглаживания высотного профиля по высоте и во времени, влияние на результат определения температуры использования реального и модельного профилей электронной концентрации, а также влияние спорадического слоя Е, атмосферной турбулентности и других природных факторов. Выполнено сопоставление профилей температуры с моделью MSIS-E-90 и данными спутниковых измерений.

Earth’s atmosphereionosphereartificial periodic inhomogeneitiestemperatureinternal gravity wavesатмосфера Землиионосфераискусственные периодические неоднородноститемпературавнутренние гравитационные волны.Lubken F.-J., von Zahn U., Manson A. et al. // J. Atmos. Terr. Phys. 1990. V. 52. № 10-11. P. 955.Mertens C.J., Schmidlin F.J., Goldberg R.A. et al. // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. № 2. P. L03105.Schmidlin F.J. // J. Geophys. Res. 1991. V. 96. № D12. P. 22673.Кащеев Б.Л., Лысенко И.А. // Ионосферные исслед. 1989. № 47. С. 44.Offermann D., Goussev O., Kalicinsky C. et al. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2015. V. 135. № 12. P. 1.Beig G. // J. Geophys. Res. Atmos. 2011. V. 116. P. A00H12.Perminov V.I., Semenov A.I., Medvedeva I.V., Zheleznov Y.A. // Adv. Space Res. 2014. V. 54. № 12. P. 2511.She C.Y., Songsheng Chen, Zhilin Hu et al. // Geophys. Res. Lett. 2000. V. 27. № 20. P. 3289.Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы – индикатор ее структуры и динамики РАН. М.: ГЕОС, 2006.Neuber R., von der Gathen P., von Zahn U. // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. № 9. P. 11093.Kirkwood S// J. Geophys. Res. 1996. V. 101. № A3. P. 5133.Nozawa S., Kawahara T.D., Saito N. et al. // JGR: Space Phys. 2014. V. 119. № 1. P. 441.Kofman W., Lathuillere C., Pibaret B. // J. Atmos. Terr. Phys. 1986. V. 48. № 9–10. P. 837.https://saber.gats-inc.com/browse_data.phphttps://disc.gsfc.nasa.gov/datasets/ML2T_004/summaryБеликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачёва А.В., Бахметьева Н.В. Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Н. Новгород: Изд-во ИПФ РАН, 1999.Толмачева А.В., Григорьев Г.И. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 5. С. 91.Бахметьева Н.В., Жемяков И.Н. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 10. С. 65.Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Калинина Е.Е. // Хим. физика. 2022. Т. 42. № 4. С. 73.Tolmacheva A.V., Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I., Egerev M.N. // Adv. Space Res. 2019. V. 64. № 10. P. 1968.Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Виноградов Г.Р. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61. № 6. С. 777.Бахметьева Н.В., Бубукина В.Н., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е., Комраков Г.П. // Изв. вузов. Радиофизика. 2016. Т. 59. № 10. С. 873.Бахметьева Н.В., Вяхирев В.Д., Григорьев Г.И. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60. № 1. С. 99.Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I., Tolmacheva A.V., Zhemyakov I.N. // Atmosphere. 2019. V. 10. № 8. P. 450.Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I. // Atmosphere. 2022. V. 13. № 9. P. 1346.Banks P.M., Kockarts G. Aeronomy; Part A. University of California: Academic Press, 1973.Гуревич А.В. // УФН. 2007. Т. 177. № 11. С. 1145.Беликович В.В., Бахметьева Н.В., Калинина Е.Е., Толмачева А.В. // Изв. вузов. Радиофизика. 2006. Т. 49. № 9. С. 744.Толмачева А.В., Бахметьева Н.В., Вяхирев В.Д., Бубукина В.Н., Калинина Е.Е. // Изв. вузов. Радиофизика. 2011. Т. 54. № 6. С. 403.https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/iri2016_ vitmo.phpHuuskonen A., Nygren T., Jalonen L.L. et al. // Geophys. Res. 1988. V. 93. № A12. P. 14603.Kopp E. // J. Geophys. Res. Space Phys. 1997. V. 102. № A5. P. 9967.Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Егерев М.Н., Толмачева А.В. // Изв. вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 2. С. 77.Tolmacheva A.V., Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I., Egerev M.N. // Adv. Space Res. 2019.V. 64. № 10. P. 1968.Бенедиктов Е.А., Беликович В.В., Гребнев Ю.Н., Толмачева А.В. // Геомагнетизм и аэрономия. 1993. Т. 33. № 5. С. 170.Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева А.В. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38. № 1. С. 102.Толмачева А.В., Беликович В.В., Калинина Е.Е. // Геомагнетизм и аэрономия. 2009. Т. 49. № 2. С. 254–261.Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Толмачева А.В. // Изв. вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 11. P. 695.https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/msis_vitmo.phpГолубков Г.В., Адамсон С.О., Борчевкина О.П. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 5. С. 531.Tsuda T., Kato S., Yokol T. et al. // Radio Sci. 1990. V. 25. № 5. P. 1005.Толмачева А.В., Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И. // Хим. физика. 2013. Т. 32. № 9. С. 89.Гершман Б.Н. Динамика ионосферной плазмы. М.: Наука, 1974.Tolmacheva A.V., Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I., Kalinina E.E. // Adv. Space Res. 2015. V. 56. № 6. P. 1185.Бахметьева Н.В., Бубукина В.Н., Вяхирев В.Д. и др. // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 12. С. 44.Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Григорьев Г.И., Толмачева А.В. // Изв. вузов. Радиофизика. 2002. Т. 45. № 3. С. 233.Tolmacheva A.V, Belikovich V.V. // Intern. J. Geomagn. Aeron. 2004. V. 5. GI1008; https://doi.org/10.1029/2004GI000061Сомсиков В.М. Солнечный терминатор и динамика атмосферы. Алма-Ата: Наука, 1983.Szewczyk A., Strelnikov B., Rapp M. et al. // Ann. Geophys. 2013. V. 31. № 5. P. 775.Liu X., Maura J., Hagan E., Roble R.G. // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. № D10. P. 12381.Delgado R., Friedman J.S., Fentzke J.T. et al. // J. Atmos. Solar Terr. Phys. 2012. V. 74. № 11. P. 11.