气辉辐射对太阳活动和潮汐波的响应及其物理机制

This project will investigate the responses of many airlgow emissions (including 0H vibrational bands at 1.64um and 2.06um, O2(0-0) band at 1.27um, OI557.7nm and OI630nm) to solar activity based on the TIMED and FORMOSAT-2 satellite observations. The dependence of the responses on local time and latitude will be analyzed, the differences between the responses for nightglow and dayglow will be compared. Meanwhile, we will analyze the sensitivities of airlgow emissions to atmospheric parameters such as atmospheric temperature, atomic oxygen density and so on by using the photochemical models for the airlgow emissions, and study the physical mechanisms for the influences of solar activity on airglow emissions. This work will focus on the relationship between the modulation of airglow emissions by tides and solar activity. This is a new and open problem. The reseach results will let us know the variations of airglow emissions caused by solar activity variations more further, and will improve our understanding of the influences of solar activity on the photochemical and dynamical processes in the middle and upper atmosphere.

本项目基于TIMED卫星和FORMOSAT-2卫星的观测结果，分别研究多种气辉(包括0H1.64 um 和0H 2.06 um 、 O2 1.27um 、OI557.7nm和OI630nm气辉)对太阳辐射活动的响应特征，分析该响应随地方时和纬度的变化规律，对比研究白天气辉和夜间气辉响应的不同之处。同时，利用多种气辉辐射的光化学模式，分析气辉辐射对大气温度、原子氧密度等大气参数的敏感性，结合气辉辐射和各大气参数长期近全球的观测资料，研究太阳活动影响气辉辐射的途径和物理机制，重点研究潮汐波对气辉辐射的调制与太阳活动的关系。这在国内外都是一个全新的研究课题。本项目的研究不但将丰富我们对太阳活动变化引起多种大气气辉变化的认识，还将加深对太阳活动影响中高层大气光化学过程和动力学过程的理解。

该项目主要利用SABER卫星在13年间的观测资料比较研究了位于不同高度的四种夜间气辉辐射层（包括波长为5.3 μm的NO夜间气辉辐射、波长为1.27 μm的O2夜间气辉辐射、波长为2.0 μm的OH夜间气辉辐射和波长为1.6 μm的OH夜间气辉辐射）的辐射强度，峰值和峰高对太阳电磁辐射的响应，建立起气辉辐射强度与太阳辐射之间的关系式。结果表明四种气辉辐射的强度和峰值随时间分布均呈现出明显的11年太阳活动周期特征，并且高度越高的气辉辐射层受太阳电磁辐射的影响越明显。气辉辐射的峰高主要受到潮汐等大气波动的影响，因此年平均峰高没有表现出明显的11年周期变化特征。利用SABER观测结果分析了OH白天气辉辐射层的垂直分布特征及其随纬度、地方时和季节的变化特征。结果表明OH白天气辉辐射层与夜气辉有明显区别。OH夜气辉辐射率的高度分布特征主要体现为位于80-100 km之间的单峰结构，而OH白天气辉辐射层在某些情况下呈现出双峰结构，上层的分布与夜气辉相似，下层主要出现在75-80 km之间。这种双峰结构主要是臭氧分布结构对OH白天气辉影响的结果。研究结果对正确认识OH白天气辉辐射强度的地基观测结果以及判别利用OH白天气辉辐射强度的地基观测数据反演白天转动温度的正确性有重要意义。此外，利用OH夜间气辉辐射强度在兴隆台站的地基观测结果反演得到转动温度，分析了转动温度分布的时间分布特征。结果表明，转动温度呈现出明显的季节变化特征，潮汐波动特征。