基于O2(0-1)谱带反演气辉层转动温度的研究

作者：李立城; 郜海阳^*; 卜令兵; 张其林; **

来源：光谱学与光谱分析, 2020, 40(10): 3002-3009.

• 光谱光度计
• 转动温度
• 气辉
• 反演

中间层与低热层区域(mesosphere and lower thermosphere,MLT)处于中性大气与电离层大气之间的过渡区域,也是中高层大气中一个重要的耦合区域。基于自主研发的中间层顶气辉光谱光度计(mesopause airglow spectral photometer,MASP),对其探测转动温度的反演方法进行了详细研究。MASP的整个探测系统包括光阑、消色差双胶合透镜、窄带干涉滤光片、镜头、制冷CCD探测器,元件之间通过黑色氧化铝套筒连接,利用金属支架和精密的卡环将套筒和CCD探测器固定在面包板上。外壳具有良好的隔热性能,并配有低功率半导体TEC空调,保证恒温在(23±0.5)℃。MASP的视场角为±13.6°,探测高度为94 km左右,观测视角投影在该高度上的天顶方向的区域直径约为44 km,探测目标为该区域内厚度约为3～6 km气辉层的平均温度。基于仪器的光学原理、气辉O2(0-1)带的光谱特征以及标定后各项仪器参数,构建了正演模型,并从正演图像中计算出了合成光谱。给出了反演算法的详细流程,包括暗噪声、宇宙射线、月光图像和连续光谱背景杂散光的剔除方法,同时提供了实际观测合成光谱的计算方法,温度反演流程及其误差的评估。2018年9月开始在南京信息工程大学观测场平台进行连续观测,目前已经获得多组高质量的数据。文中的观测实例展示了2次完整夜间的观测个例,以及2018年10月间13组有效数据的平均值,其整体变化趋势显示观测温度分布在170～220 K之间,误差范围在±1.8～±4.3 K之间。通过与MSISE00经验模型的数据进行对比,温度趋势具有良好的一致性,从而验证了反演方法的有效性和准确性。MASP结构紧凑,性能稳定,后期易于维护,适用于多台站组网观测。

• 单位
  物理学院; 南京信息工程大学