反应HO2+O→OH+O2对OH夜气辉辐射的贡献

本文探讨了OH Meinel夜气辉辐射的光化学模式,给出OH(ν≤9)分子数密度分布的计算通式,重点研究了化学反应HO2 O→OH(ν≤6) O2对ν≤6各振动能级上OH分子数密度分布以及(ν′—ν″)(ν′≤6)振动带气辉辐射的影响.结果表明,该反应对数密度的贡献随振动能级的减小而增大,对(ν′—ν″)振动带辐射的贡献随着较高振动能级ν′的减小而增大,以春分时为例,它可使第1振动能级上的OH分子最大数密度和(1—0)带的最大辐射率增加约33%,第6振动能级上的最大数密度和(6—ν″)带的最大辐射率增加约7%,(1—0)带的辐射强度增加约30%,(6—ν″)带的强度增加约11%.该反应使各振动能级上分子数密度的高度分布剖面以及各振动带体辐射率的高度分布剖面变宽,最大数密度、最大发射率所处的高度下降1km左右.此外,该反应的影响程度随着原子氧密度的降低而增大,随着温度的升高而增大,并且在夏至时最大,在冬至时最小.     

OH气辉对重力波响应的模式研究

重力波是中间层大气的重要能量来源,气辉观测为研究中间层重力波特性提供了极好的方法。本文利用最新的 OH 气辉激发机制,建立了一个较完整的光化、动力模式来分析重力波传播对 OH 气辉的影响。结果表明,化学反应速率系数不定性对 Krassovsky 比振幅的影响较小,但淬灭过程的影响必须考虑。Krassovsky 比的振幅和相位均依赖于波周期,其振幅在2.1和10.3之间变化;这表明 OH 气辉亮度的相对变化大于温度的相对变化。一般情况下,重力波引起的温度扰动超前于气辉亮度的变化。与实测资料比较发现,两者变化趋势基本一致,在短周期波时吻合较好。     

OH气辉对重力波响应的模式研究

重力波是中间层大气的重要能量来源,气辉观测为研究中间层重力波特性提供了极好的方法。本文利用最新的 OH 气辉激发机制,建立了一个较完整的光化、动力模式来分析重力波传播对 OH 气辉的影响。结果表明,化学反应速率系数不定性对 Krassovsky 比振幅的影响较小,但淬灭过程的影响必须考虑。Krassovsky 比的振幅和相位均依赖于波周期,其振幅在2.1和10.3之间变化;这表明 OH 气辉亮度的相对变化大于温度的相对变化。一般情况下,重力波引起的温度扰动超前于气辉亮度的变化。与实测资料比较发现,两者变化趋势基本一致,在短周期波时吻合较好。     

重力波诱导OH气辉分布的变化

利用全隐欧拉格式和全球热层-电离层-中间层-电动力学环流耦合模式（TIME GCM） ,本文分析了非线性重力波在向上传播过程中对OH气辉廓线的影响,结果表明,当较小垂直 尺度重力波经过OH气辉发射层时,对其峰值分布有明显的影响,有时会出现双峰现象,说明 非线性重力波传播是引起气辉双峰分布的一个直接原因;重力波在中层顶区域的破碎 在OH气辉分布均有不同程度的表现,这不仅可以解释一些实际的观测,同时也对利用OH气辉 观测分析重力波传播特性有明显的指示意义.      

利用OI 135.6 nm夜气辉辐射探测电离层峰值电子密度及电子总含量的研究

测量夜间135.6 nm大气气辉辐射强度是目前有效的电离层探测方式之一,我国即将在风云三号卫星上搭载仪器,利用该波段夜气辉辐射测量来反演电子总含量(本文所指电子总含量表示卫星高度以下大气柱的电子含量)及峰值电子密度,因此非常有必要开展相关的气辉发光模型及反演研究.在介绍氧原子135.6 nm波段夜气辉激发机制基础上,考虑辐射在传输过程中受到大气氧原子的散射及氧气分子的吸收,采用迭代法求解包含多次散射及大气吸收衰减的辐射传输方程,得到该波段的体发射率,最终通过考虑包含辐射传输的路径积分计算得到135.6 nm气辉辐射强度值.对结果的分析表明:该气辉模型能较好地描述体发射率随高度的分布特征,计算得到的135.6 nm夜气辉辐射强度在不同时空及太阳活动的分布与相应条件下峰值电子密度(N_mF₂)及电子总含量(TEC)的分布基本一致.相同的时空及太阳活动输入条件下,模式计算的135.6 nm夜气辉辐射强度与国外同类模式结果的值平均偏差约为3%.文中最后介绍了通过135.6 nm夜气辉的辐射强度探测来反演电离层峰值电子密度N_mF₂及电子总含量TEC的反演方法.     

基于中国东港台站的OH气辉成像观测数据对重力波波源的事件分析

利用东港（40°N,124°E）台站于2013年9月15—16日的OH气辉成像观测数据报告了两个重力波事件（1和2）.同时,结合北京十三陵（40.3°N,116.2°E）台站的多普勒流星雷达风场数据和位于39.4°N,130.6°E位置处的SABER/TIMED卫星的温度参数分析发现,观测的两个重力波事件于2013年9月15—16日02:00—03:00 LT时间段,和70~110 km高度是自由传播的.利用反射线追踪方法分析表明,重力波事件1和事件2分别产生于（39.3°N,117.2°E）和（47.1°N,121.3°E）.且事件1的波源位置与对流活动和大气向上向下运动过程中产生的不稳定性吻合较好.然而,通过ECMWF再分析资料和MTSAT卫星观测数据分析表明,事件2可能由对流活动或大气向上运动过程中可能产生的不稳定性导致.利用MERRA自地面到约70 km高度的风场数据分析表明,观测的重力波事件1和事件2的水平相速度分别是83.5 m·s^-1（事件1）和80.1 m·s^-1（事件2）,均大于低层-中层大气风速-10~45 m·s^-1.因此,观测的两个重力波事件是可能从低层大气传播到中层-低热层大气的.

     

北京近郊夜空气辉的观测和分析——中国第一批气辉观测数据（1986~1989）

本文扼要介绍中美科学合作夜空气辉观测研究的成果.首先,气辉合作研制成一套四通道的气辉观测仪器,其次,在北京近郊怀柔和兴隆二台站进行观测.从1986年至1989年积累114日成功地提供我国第一批气辉观测数据.本文着重分析其中41次对绿线5577和红线6300的时间变化,进行频谱分析,探讨气辉与大气扰动(声重波)和气辉与大磁暴之间的关系.最后文末提些今后开展气辉研究意见.     

GBAVTⅡ探测西安上空夜气辉反演O2(0-1)柱浓度及其波动的研究

探测高层大气的粒子浓度具有重要的科学意义.本文利用安装在中国西安城区(海拔457m, 34.23°N, 109.01°E)的自制地基气辉成像干涉仪GBAVTⅡ(Ground-based atmosphere VER & temperature imaging interferometer)对峰值高度在94 km处的867.7 nm O₂(0-1)夜气辉长期定点观测, 反演得到O₂(0-1)的柱浓度, 并根据大气温度及O₂(0-1)粒子柱浓度的扰动提取得到大气重力波、行星波周期.本文首先阐述了地基GBAVTⅡ探测气辉的原理, 并从气辉辐射理论及地基探测模式导出气辉强度表达式, 建立地基仪器探测得到的气辉的积分体发射率IER(Integrated Emission Rate)与大气中O₂(0-1)柱浓度的关系, 然后利用2019年以来的多日观测数据, 得到西安地区上空O₂(0-1)粒子的柱浓度量级为10⁴cm^-2; 经对比发现2020年9月17日GBAVTⅡ探测O₂(0-1)柱浓度结果与NRLMSISE-00模型数据的相对误差在0.5%~30%.我们从GBAVTⅡ整夜拍摄气辉成像干涉图中反演出西安上空90~100 km的大气温度和O₂(0-1)柱浓度及扰动特征, 得到周期在8~10 h左右的潮汐波, 去掉潮汐趋势的温度和柱浓度残差序列, 利用小波分析提取得到周期为2.3 h的重力波.最后我们利用2022年4月21日—2022年5月6日期间的O₂(0-1)柱浓度探测序列得到日平均柱浓度并提取准2日的行星波周期.GBAVTⅡ所探测得到大气波动的周期尺度与其他已有中纬度地区的探测结果相吻合.

     

火星O2(a1Δg)气辉高光谱分辨辐射传输特性研究

1.27 μm波段的氧分子近红外气辉是火星大气最重要的气辉辐射之一, 该气辉高光谱分辨辐射传输模型的建立对于研制火星探测载荷, 反演火星大气的风场温度场与臭氧浓度, 以及研究火星空间物理, 有重要的科学价值与工程意义.在研究火星大气O₂(a¹Δ_g)气辉光化学反应模型的基础上, 提出了O₂(a¹Δ_g)气辉体辐射率的计算方法, 并建立了火星大气气辉辐射传输理论; 通过与用于研究火星大气特征的光谱学探测仪(Spectroscopy Spectrograph for the Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, SPICAM)的实测数据进行对比, 验证了所建立的火星O₂(a¹Δ_g)气辉高光谱分辨辐射传输模型的准确性; 针对火星与地球大气的O₂(a¹Δ_g)气辉, 在体辐射率、自吸收效应, 以及临边辐射光谱特性三个方面进行了系统深入的比较, 对比结果表明, 火星大气由于密度低、氧气丰度小, 其自吸收效应可以忽略不计, 但其O₂(a¹Δ_g)气辉辐射强度与地球大气相当, 可以用于火星大气的风场温度场与臭氧浓度的探测与反演.