Clouds and aerosol above troposphere: optical observations. The newest history

В лекции рассказывается о твердых и жидких частицах, появляющихся в стратосфере и мезосфере Земли. Описываются существующие методы и результаты измерений микрофизических свойств аэрозольных частиц, оптические явления, которые они вызывают на небе. Показывается высокая эффективность измерений фона неба с помощью широкоугольных цветных и поляризационных камер для измерения размеров частиц. Особенный акцент делается на серебристые облака, появляющиеся в области глубокого лет него температурного минимума в верхней мезосфере Земли и отражающие процесс быстрого похолодания этого слоя в последние десятилетия.In this lecture the solid and liquid particles in stratosphere and mesosphere of the Earth are described. The methods of study of microphysical properties of particles and the optical phenomena that they cause in the sky are described. High effectiveness of sky background measurements by color and polarization all-sky cameras for size estimation is shown. The basic attention is paid to noctilucent clouds appearing in the layer of deep summer temperature minimum in upper mesosphere and reflecting the process of fast cooling of this layer during the recent decades.Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант 16-05-00170

UBVRI twilight sky brightness at ESO-Paranal

Twilight studies have proved to be important tools to analyze the atmospheric structure with interesting consequences on the characterization of astronomical sites. Active discussions on this topic have been recently restarted in connection with the evaluation of Dome C, Antarctica as a potential astronomical site and several site-testing experiments, including twilight brightness measurements, are being prepared. The present work provides for the first time absolute photometric measurements of twilight sky brightness for ESO-Paranal (Chile), which are meant both as a contribution to the site monitoring and as reference values in the analysis of other sites, including Dome C. The UBVRI twilight sky brightness was estimated on more than 2000 FORS1 archival images, which include both flats and standard stars observations taken in twilight, covering a Sun zenith distance range 94-112 deg. The comparison with a low altitude site shows that Paranal V twilight sky brightness is about 30% lower, implying that some fraction of multiple scattering has to take place at an altitude of a few km above the sea level.Comment: 11 pages, 13 figures, accepted for publication in A&

Middle and Upper Atmosphere: Problems, Trends, Particles

Fast changes in Earth’s atmosphere had started in the middle of 20th century. They didn’t occur before or possibly were below the registration level for that time and technical possibilities. Most significant and noticeable effects as increase of near-ground temperature (“global warming”) and decrease of total ozone column density were potentially dangerous for life on Earth. Along with these processes, the increase of abundance of small gas components and solid and liquid particles was detected. This happened not only near the ground, but also in upper atmospheric layers. Fast and significant character of these changes pointed to their interrelation and possible anthropogenic reasons. This makes the detailed atmospheric composition control necessary in all atmospheric layers. This work describes the present state of long-term trends in stratosphere and mesosphere of the Earth.С середины XX в. в атмосфере Земли начали происходить быстрые изменения, которые ранее не фиксировались или не могли быть замечены ввиду скромных технических возможностей того времени. Самые масштабные и заметные из них — рост средней приземной температуры («глобальное потепление») и уменьшение общего содержания озона — в перспективе несли потенциальную угрозу для жизни на Земле. Наряду с ними обнаруживались и другие процессы, такие, как увеличение содержания ряда малых газовых примесей, а также различных твердых и жидких частиц. Все это охватывало не только приземные, но и высокие слои атмосферы. Быстрый и масштабный характер изменений указывал на их тесную взаимосвязь, а также на вероятные антропогенные причины, что обусловливало необходимость детального изучения и контроля состава всех слоев атмосферы. В настоящей лекции описывается современное состояние анализа долговременных трендов характеристик стратосферы и мезосферы Земли

Polar Mesospheric Clouds: the Coldest Place on Earth

В лекции рассказывается об истории открытия и наблюдения и современном состоянии исследования полярных мезосферных облаков. Описываются механизмы возникновения ледяных частиц в мезосфере и их эволюции, определяющие их основные характеристики с точки зрения возможности наблюдений — концентрацию и средний радиус. Основной проблемой изучения полярных мезосферных облаков в настоящее время является их возможная связь с климатическими трендами в атмосфере, в том числе антропогенного происхождения. С этой точки зрения важны измерения высоты и эффективного радиуса частиц, которые должны проявлять долговременные изменения. Показывается, что обе характеристики могут быть измерены посредством трехцветной широкоугольной съемки поля облаков, что открывает возможность эффективного систематического мониторинга их состояния камерами всего неба на астрономических обсерваториях и других доступных площадках.In this lecture we discuss the history of discovering, observations and modern condition of study of polar mesospheric clouds. Mechanisms of ice particle formation and evolution are described in relation with basic characteristics defining the observation possibility — density and mean radius. Basic problem of polar mesospheric clouds study now is their possible relation with climate trends in the atmosphere, including the anthropogenic factors. This can be displayed as the trends of altitude and effective particle size, those can be measured by three-color photometry of cloud field by wide-angle imaging. This gives the possibility of systematic survey of clouds by all-sky cameras installed in observatories and other locations

Studies of noctilucent clouds from the stratosphere during the SONC balloon-borne experiment in 2021

On the night 16–17 August 2021, a balloon-borne experiment called Stratospheric Observations of Noctilucent Clouds (SONC) was successfully performed. A big scientific balloon, having onboard three automated cameras for studies of noctilucent clouds (NLC), was launched to 32.7 km altitude from Esrange (northern Sweden). All three NLC cameras and electronics were completely operational in the stratosphere for more than 10 h at low temperatures of about −30 °C. Two wide angle cameras registered an extended NLC field of about 1700 km long in the twilight sky sector from the north-west to the north-east of Esrange. NLC were of a moderate brightness and were located at high latitudes between 68° and 71°N. The NLC field was located in a cold area (138–142 K) below the frost point temperature (145–148 K) in the mesopause region that was confirmed by Aura/MLS satellite and Esrange lidar measurements. The balloon-borne NLC measurements were accompanied by ground-based lidar and radar measurements. The latter have registered Polar Mesosphere Summer Echoes (PMSE) in the same volume of the summer mesopause along with NLC observed from the stratosphere that has been performed for the first time above northern Scandinavia. We describe the technique and method of the NLC observation from the stratosphere as well as present the first scientific results of the SONC experiment.</p