中层闪电辐射特性及远紫外辉光反演电离层电子密度研究

发布时间：2020-05-21 07:44

【摘要】：中高层大气中存在着两种常见的发光现象:中高层大气闪电(TLEs)和气辉现象。TLEs是由雷暴云放电诱发的中间层到低电离层之间的一种大气快速放电现象,会危害飞行器以及航天器,干扰光学探测器。气辉是中高层大气中连续不间断的各类光化学反应产生的激发态大气成分跃迁回低能态而导致的微弱发光现象。气辉辐射强度与所在大气区域的组成成分、密度、温度等气象条件紧密相关。本文主要从辐射特性方面着手对这两种发光现象进行研究。首先,通过点电荷准静电场模型,对TLEs事件典型代表红色精灵的激发率、体发射率、以及经过大气传输后的光谱分布进行了研究。研究表明,白天很难观测到TLEs现象,夜间TLEs辐射强度随臭氧、水汽含量的不同而变化。然后,对夜气辉135.6 nm紫外辐射的辐射特性进行了模拟计算。通过对夜气辉中光化学反应的分析计算了135.6 nm辐射的激发率、体发射率以及经过大气散射吸收后的辐射强度,得到了135.6 nm夜气辉亮度的低纬度地区分布图。最后,通过夜气辉135.6 nm辐射强度反演计算了电离层峰值电子密度和电子总浓度,计算得到了转换因子,并对反演算法进行了验证。验证表明,确实可以通过远紫外辉光反演电离层电子密度。
【图文】：

示意图,示意图,中高层大气,中层大气

南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论中高层大气闪电1 简介中高层大气闪电现象（Transient luminous event, TLEs）是对流层闪电放电产生的电磁层、中间层和低电离层之间引起的快速放电发光现象[1]。早在 1925 年，Wilson[2]就预0km 的高空，，雷暴电场可以超过空气雪崩电场的阈值以触发向上的闪电。1956 年，W一步提出，中层大气闪电是一种常见现象，只是大多数中层大气闪电现象因为大气的象本身较弱而不容易在地面上观察到。1989 年 7 月 6 日，Franz 等[4]在明尼苏达大rien 气象台进行一套新的低光度摄像系统夜间观测测试时，偶然地捕捉到了雷暴上方的气闪电现象。从此之后，人们了解到雷暴可能引起高空闪电，称为中高层大气闪电现发光事件。

全球分布,精灵

中层闪电辐射特性及远紫外辉光反演电离层电子密度研究全球每天约有 10 万个瞬态发光现象 TLEs 发生（分布情况见图 1.2）。 2004 年 7 月发射的福卫二号（FORMOSAT-2）卫星上的中高层大气闪电影像仪（Imager of Sprites and UpperAtmospheric Lightning, ISUAL）的观测结果显示，全球范围内红色精灵平均每分钟发生 1 次，平均辐射强度为 1.5 MR；而淘气精灵 Elves 平均每分钟发生 35 次，平均辐射强度为 0.17 MR。平均每个淘气精灵可以释放能量约 19 MJ，可以使事件发生区域内的电子浓度增加约 100%，所以全球每天由于TLEs导致的电离层电子浓度增加可达约2%。尤其是淘气精灵密集发生的地区，电离层电子浓度增加可达约 10%，足以影响事件发生区域的电磁波通讯。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P427.3;P352

【参考文献】