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实验室研究人员热层中性大气温度反演的研究取得进展

2022年11月02日 星期三 12:08:27

逃逸层温度是高层大气的一个重要物理量,它对高层大气的研究和模式的改进都有着重要的意义。目前逃逸层中性大气温度很难探测,数据匮乏。以前的研究主要通过其他参数如中性和等离子体参数来反演逃逸层温度,其结果都在很大程度上依赖于模式信息。

为了减少反演结果对模式的依赖,太阳活动与空间天气国家重点实验室中高层大气研究团队的林莹鋆博士研究生和徐寄遥研究员等人与荷兰代尔夫特理工大学Jose van den IJssel教授合作提出了一种新的反演方法,在大气静力平衡假设下,充分利用Swarm系列卫星在同一地区的双层中性大气密度探测数据(图1),反演得到平静时期的逃逸层高度的中性大气温度。并利用子午工程兴隆台站和国际台站的FPI测量的250公里高度的夜间热层温度数据对反演结果进行了评估。评估结果显示该反演温度与FPI温度之间的误差较小,同时反演结果的夜间变化趋势也与FPI的变化趋势相对一致(图2)。

研究表明,这一方法适用于平静时期的热层大气温度反演,然而它最大的不确定性来源于无法确定热层平均分子质量。同时,由于不同高度卫星轨道的变化,很难保证上下两颗卫星长时间在同一地区上空飞行,所以这种特定探测的时长非常有限。为了克服这两个制约因素,研究人员提出了一种新的探测设想——绳系质谱计探测(图3),利用卫星搭载两个相互连接的不同高度的质谱计,通过它们获得同一成分在两个不同高度上的数密度,反演计算中性大气温度,从而摆脱平均分子质量的不确定性对中性大气温度反演的影响,并能对热层大气中性温度开展长时间、系统的观测。

该研究成果于近期发表在学术期刊《Remote Sensing》上。

文章链接: Lin, Y.; Xu, J.; van den IJssel, J.; Yuan, W. A Novel Method to Derive Exospheric Temperatures from Swarm Thermospheric Densities during Quiet Times. Remote Sens. 2022, 14, 5382. https://doi.org/10.3390/rs14215382



图1. Swarm卫星的双层分布。在反演中,采用上下高度的卫星处于同时、同一地点的观测进行反演。

图2.反演温度(黑)与FPI温度(黑三角)、MSIS模拟温度(红)的日变化趋势。图中温度的纬度范围为30°N-45°N,时间范围为2014年4月到8月。

图3.绳系质谱计探测原理示意图

 

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