【摘 要】
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电离层真空紫外(10nm-200nm)气辉辐射是中高层大气物理过程的一个重要能量源,主要是由太阳光电离激发以及光电子与高层大气碰撞电离激发过程而产生,对大气真空紫外气辉辐射的测量是地球电离层和热层天基遥感探测的重要手段,从中可以获得电离层F层电子密度剖面、O+离子密度剖面以及电离层氧氮比O/N2等物理参量的空间分布信息。由于低热层中分子粒子的吸收作用,导致光谱波长在200nm以下的气辉瑞利散射无法
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【基金项目】
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国家自然科学基金(No.41874187); 航天装备预研项目;
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电离层真空紫外(10nm-200nm)气辉辐射是中高层大气物理过程的一个重要能量源,主要是由太阳光电离激发以及光电子与高层大气碰撞电离激发过程而产生,对大气真空紫外气辉辐射的测量是地球电离层和热层天基遥感探测的重要手段,从中可以获得电离层F层电子密度剖面、O+离子密度剖面以及电离层氧氮比O/N2等物理参量的空间分布信息。由于低热层中分子粒子的吸收作用,导致光谱波长在200nm以下的气辉瑞利散射无法传递到热层高度以上,因此能够将测量区的辐射和其它大气区域的辐射隔离开,即利用卫星平台对真空紫外波段气辉辐射进行测量时,探测背景非常干净,因此真空紫外探测是研究电离层的理想探测手段,也是我国电离层探测的主要发展趋势之一。本文针对极远紫外在电离层及热层中应用广泛的波段,包括O+离子83.4nm日气辉、O原子135.6nm日气辉以及N2LBH辐射带的辐射特性展开研究,并利用风云三号D星电离层光度计的探测数据开展反演算法研究,为后续真空紫外电离层探测技术的进一步发展奠定了基础。主要研究成果包括:1、对真空紫外气辉的辐射传输机制进行研究,着重分析了电离层真空紫外气辉辐射的光电离激发过程、光电子碰撞激发过程以及吸收过程和共振散射过程;2、基于大气紫外辐射传输模型,对O+83.4nm日气辉的辐射传输特性进行研究,并通过构建马尔可夫链矩阵来实现O+83.4nm的辐射传输模型,基于此模型,模拟计算83.4nm气辉辐射的初始体发射率、共振散射作用下的体发射率和临边柱辐射强度的分布情况,探究O+83.4nm日辉谱线与高度、纬度、太阳活动和地磁活动等电离层物理参量的相关性;3、对氧原子135.6nm和氮分子LBH带辐射特性进行研究,并开发相关的反演算法,获得热层高度O/N2参数;4、采用滤波器滤波算法对FY-3D卫星上电离层光度计数据进行预处理,进一步降低仪器测量数据中残存的带外杂散光的影响,有效提高数据精度;5、将开发的反演算法应用于FY-3D卫星电离层光度计的探测数据,获得我国首个具有完全知识产权的O/N2分布情况。对2018年8月发生的磁暴现象时电离层光度计O/N2数据进行分析,并与全球紫外成像仪(Global Ultraviolet Imager,GUVI)的实测反演结果进行比较,结果表明:利用自行开发的反演算法获得的O/N2产品与GUVI获得的O/N2产品趋势一致性好。
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