Abstract Contemporaneous multi-instrument ground-based optical and meteor radar observations of OH and O2 airglow, temperature and neutral winds during the winter season of November 2018–February 2019 have been used to investigate the dynamics of the mesosphere/lower thermosphere (MLT) (80–100 km) region in the high Arctic at Svalbard, Norway (78oN, 16oE) and at Eureka, Canada (80oN, 274oE). Temperature observations by the MLS Aura satellite over the 20–90 km height range for the same period were also considered. The period is characterized by an unusual major sudden stratospheric warming (SSW) event that began with a displacement of the polar vortex around December 13, 2018 (DoY 347), followed by the vortex split on January 2, 2019 (DoY 367). The MLS Aura temperature observations outlined four periods of interest: 1) late November – early December (DoY 328–335) with cold temperature anomalies in the mesosphere and warm bursts at the stratopause; 2) December 13, 2018–January 2, 2019 (DoY 347–367) when the stratopause rapidly descended to 45 km and broke down, triggering the onset of a SSW; 3) January 3–20, 2019 (DoY 368–385) during the stratopause recovery phase, and 4) from January 21, 2019 (DoY 386) onward, with the formation of the elevated stratopause and gradual return to its pre-SSW height. Both airglow emissions, OH and O2 Atm, showed simultaneously significant depletion of the integrated emission rates (IER) and temperature decrease of the order of 50–60 K, indicating upwelling, depletion of the atomic oxygen and adiabatic cooling. These cold temperature anomalies were followed by enhancements in the observed airglow IERs on December 13, 2018 (DoY 347) and January 2, 2019 (DoY 367) accompanied by a decrease in the peak altitude of the OH layer suggesting down-welling and influx of atomic oxygen from the lower thermosphere. The observations revealed oscillations with periods of 4.5–7 days, 8–10 days, and 16–21 days consistent with previously reported planetary wave activity in the winter MLT region and during major stratospheric warming events. However, the results presented here show for the first time comparisons of the multi-instrument temperature observations at 78°N – 80°N, providing an indispensable tool in monitoring the dynamics over the polar cap in general, and in describing the regional dynamical response of the MLT region to major large-scale phenomena like stratospheric warmings, in particular.

中文翻译：

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2019年1月主要SSW期间80°N中间层-低热层动力学的多仪器研究

摘要 2018 年 11 月至 2019 年 2 月冬季期间，对 OH 和 O2 气辉、温度和中性风的同步多仪器地面光学和流星雷达观测已用于研究中层/低热层 (MLT) 的动力学。 80–100 公里）位于挪威斯瓦尔巴群岛（78oN，16oE）和加拿大尤里卡（80oN，274oE）的北极地区。还考虑了 MLS Aura 卫星在同一时期在 20-90 公里高度范围内的温度观测。这一时期的特点是发生了一次不寻常的重大平流层突然变暖 (SSW) 事件，该事件始于 2018 年 12 月 13 日 (DoY 347) 左右的极地涡旋位移，然后是 2019 年 1 月 2 日的涡旋分裂 (DoY 367)。MLS Aura 温度观测概述了四个感兴趣的时期：1) 11 月下旬至 12 月上旬（DoY 328-335），中间层出现低温异常，平流层顶出现暖爆发；2) 2018年12月13日-2019年1月2日（DoY 347-367），当平流层迅速下降到45公里并破裂时，触发了SSW的发生；3) 2019年1月3-20日(DoY 368-385)处于平流层顶恢复阶段，以及4) 2019年1月21日(DoY 386)以后，随着升高的平流层形成并逐渐恢复到SSW前的高度. 气辉排放物 OH 和 O2 Atm 同时显示出综合排放率 (IER) 的显着消耗和 50-60 K 数量级的温度下降，表明上升流、原子氧消耗和绝热冷却。这些低温异常之后是 12 月 13 日观测到的气辉 IER 的增强，2018 年 (DoY 347) 和 2019 年 1 月 2 日 (DoY 367) 伴随着 OH 层峰值高度的降低，这表明原子氧从较低的热层向下涌和流入。观测结果显示，周期为 4.5-7 天、8-10 天和 16-21 天的振荡与先前报道的冬季 MLT 地区和主要平流层变暖事件期间的行星波活动一致。然而，这里展示的结果首次显示了 78°N – 80°N 多仪器温度观测结果的比较，为监测极地盖上的一般动态和描述区域动态响应提供了不可或缺的工具MLT 地区对主要大规模现象的影响，尤其是平流层变暖。2019 (DoY 367) 伴随着 OH 层峰值高度的降低，表明下层热层中的原子氧向下涌和流入。观测结果显示，周期为 4.5-7 天、8-10 天和 16-21 天的振荡与先前报道的冬季 MLT 地区和主要平流层变暖事件期间的行星波活动一致。然而，这里展示的结果首次显示了 78°N – 80°N 多仪器温度观测结果的比较，为监测极地盖上的一般动态和描述区域动态响应提供了不可或缺的工具MLT 地区对主要大规模现象的影响，尤其是平流层变暖。2019 (DoY 367) 伴随着 OH 层峰值高度的降低，表明下层热层中的原子氧向下涌和流入。观测结果显示，周期为 4.5-7 天、8-10 天和 16-21 天的振荡与先前报道的冬季 MLT 地区和主要平流层变暖事件期间的行星波活动一致。然而，这里展示的结果首次显示了 78°N – 80°N 多仪器温度观测结果的比较，为监测极地盖上的一般动态和描述区域动态响应提供了不可或缺的工具MLT 地区对主要大规模现象的影响，尤其是平流层变暖。观测结果显示，周期为 4.5-7 天、8-10 天和 16-21 天的振荡与先前报道的冬季 MLT 地区和主要平流层变暖事件期间的行星波活动一致。然而，这里展示的结果首次显示了 78°N – 80°N 多仪器温度观测结果的比较，为监测极地盖上的一般动态和描述区域动态响应提供了不可或缺的工具MLT 地区对主要大规模现象的影响，尤其是平流层变暖。观测结果显示，周期为 4.5-7 天、8-10 天和 16-21 天的振荡与先前报道的冬季 MLT 地区和主要平流层变暖事件期间的行星波活动一致。然而，这里展示的结果首次显示了 78°N – 80°N 多仪器温度观测结果的比较，为监测极地盖上的一般动态和描述区域动态响应提供了不可或缺的工具MLT 地区对主要大规模现象的影响，尤其是平流层变暖。