气辉光谱光度计探测O 2 （0-1）谱带转动温度的研究
发布时间：2021-08-29 03:59
中高层大气是地球大气系统中一个重要的能量耦合区域,特别是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窗口区,是大气光化学和动力学过程最为复杂的一个区域。该区域内有丰富的气辉辐射,而气辉作为中高层大气重要的光化学现象,携带有重要的光化学和动力学信息,借助气辉辐射探测研究中高层大气物化特性已经被广泛采用。本文基于自主研发的中间层顶气辉光谱光度计（MASP,Mesopause Airglow Spectrum Photometer）,以O2（0-1）谱带气辉辐射为探测目标,对南京上空94km的中高层大气转动温度的探测方法进行了详细研究。本文主要进行了以下几个方面的研究工作:1、对探测系统实现温度探测的原理和方法进行了研究。选择以O2（0-1）谱带为探测目标,利用转动谱线测温法的原理实现对温度的探测。2、设计了MASP光学系统,并对其结构进行优化。依据探测原理给出了MASP探测仪器整体的光路设计,对探测系统的关键器件窄带干涉滤光片的特性进行了详细分析。在完成探测仪器...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MLT区域各种自然奇观（极光、气辉、夜光云）
愣デ?虻南煊μ卣鳌?国内在2008年启动了“子午工程”，利用东经120度子午线及北纬30度纬度线附近现有的15个监测台站，建成一个具备多种观测手段的空间环境监测网络，整个系统包括15个台站：北京、武汉、海南、南极、漠河、满洲里、长春、新乡（马陵山）、上海（杭州）、合肥、拉萨、重庆、成都、曲靖和广州（肇庆、邵阳），并包含地磁（电）、无线电、光学、探空火箭4个监测分系统。其中北京、武汉、海南及南极中山站都配备了全天空成像仪或FPI，用来探测中高层大气的温度、风速及重力波等参数[63-66]（如图3所示）。图2PSMOS观测网及NDMC观测网站点分布中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室的徐寄遥研究员团队从2009年开始，以国家重大科技基础设施项目——“子午工程”为依托，开展了多种手段的中高层大气气辉辐射的地基探测，获取了大气垂直高度上多个气辉层的探测数据。利用地基探测对中高层大气波动事件的物理演化过程进行连续观测的优势，同时为了弥补单台站地基探测覆盖范围小的不足，该团队在中国华北地区（河北、山东、辽宁、山西、河南）利用自主研制的全天空气辉成像仪，建成了国际上第一个区域全覆盖的全天空羟
南京信息工程大学硕士学位论文6基（OH）气辉探测台网[67-70]（图3）。图3国内子午工程二期及气辉观测网站点分布可以看出，想要进一步推动临近空间领域的科学研究和应用水平，对温度场实施有效的大范围高密度的组网观测，从而获取高时空分辨率及长期稳定的观测数据已经成为了一个重要的发展趋势。而在组网观测中，如何去保证每台仪器功能的稳定性和数据的可靠性，都是一项挑战。其中，基于光谱光度计原理探测气辉转动温度的仪器是最具潜力的一类仪器，但想要在组网观测中得到更有效的应用，仍然存在诸多关键技术问题函待解决。1.4本文的研究内容及意义综合上述研究背景及现状，地基探测仪器的组网观测对研究气辉辐射的时空分布特征和重力波行星波波动过程有着重要的意义，也是未来探测发展的必然趋势。在任何一个观测网中，如何去保证每个台站中的各个仪器功能的稳定性和数据的一致性，都是一项挑战。因此，仪器性能的一致性和稳定性、数据的可靠性以及后期运维过程都是组网观测必须要考虑的问题。正是基于这一背景，借助大气物理学院的科研条件，研制了一台具备高精度探测中高层大气温度的被动遥感探测地基仪器--中间层气辉光谱光度计（MASP，themesosphericairglowspectrumphotometer），能够实现对O2气辉辐射的长期观测，也为研究大气潮汐及重力波活动等相关问题提供了探测基矗MASP的所有组件都是商业化的标准器件，使其成本更合理，并且后期的运行和维护也更加便利，有利于长期稳定运行。另外，MASP配有小型半导体热电制冷器（TEC）空调，确保整个仪器的温度恒定。本文将详细介绍MASP的数据处理过程及温度反演的具体方法，并给出了观测实例。本硕士论文主要包括了以下内容：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Fizeau干涉仪的激光雷达测温方法研究[J]. 刘延文,孙学金,张传亮,李绍辉,周永波,李玉莲. 光谱学与光谱分析. 2019(10)
[2]基于全天空FPI的临近空间中性风场研究[J]. 吴鹏举,张燕革,艾勇,覃明辉. 装备环境工程. 2018(07)
[3]地基气辉成像干涉仪探测高层大气风场的定标研究[J]. 唐远河,崔进,郜海阳,屈欧阳,段晓东,李存霞,刘丽娜. 物理学报. 2017(13)
[4]基于多台站OH全天空气辉成像仪观测的中国中纬地区重力波传播特性[J]. 王翠梅,李钦增,徐寄遥,袁韡. 地球物理学报. 2016(05)
[5]海南电离层F区不规则体的气辉观测[J]. 吴褀,余涛,林兆祥,夏醇亮,左小敏,王霄. 地球物理学报. 2016(01)
[6]Design of CASSEGRAIN telescope baffles with honeycomb entrance[J]. 胡晓东,王维科,胡强,雷兴,魏青,刘元正,王继良. Chinese Optics Letters. 2014(07)
[7]瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度[J]. 卜令兵,郭胜利,田力,郜海阳,黄兴友. 强激光与粒子束. 2014(01)
[8]2009年1月5日廊坊OH气辉观测图像的谱分析[J]. 涂翠,胡雄. 空间科学学报. 2012(06)
[9]TIMED卫星测量得到的OH和O2（1.27μm）夜气辉全球分布特征[J]. 高红,徐寄遥,陈光明,袁韡,BELETSKY A B. 中国科学:技术科学. 2011(03)
[10]钠荧光多普勒激光雷达测量中间层顶区域大气温度[J]. 胡雄,闫召爱,郭商勇,程永强,龚建村. 科学通报. 2011(03)
硕士论文
[1]双波长激光雷达的研制与探测研究[D]. 宋娟.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2005
本文编号：3369862
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MLT区域各种自然奇观（极光、气辉、夜光云）
愣デ?虻南煊μ卣鳌?国内在2008年启动了“子午工程”，利用东经120度子午线及北纬30度纬度线附近现有的15个监测台站，建成一个具备多种观测手段的空间环境监测网络，整个系统包括15个台站：北京、武汉、海南、南极、漠河、满洲里、长春、新乡（马陵山）、上海（杭州）、合肥、拉萨、重庆、成都、曲靖和广州（肇庆、邵阳），并包含地磁（电）、无线电、光学、探空火箭4个监测分系统。其中北京、武汉、海南及南极中山站都配备了全天空成像仪或FPI，用来探测中高层大气的温度、风速及重力波等参数[63-66]（如图3所示）。图2PSMOS观测网及NDMC观测网站点分布中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室的徐寄遥研究员团队从2009年开始，以国家重大科技基础设施项目——“子午工程”为依托，开展了多种手段的中高层大气气辉辐射的地基探测，获取了大气垂直高度上多个气辉层的探测数据。利用地基探测对中高层大气波动事件的物理演化过程进行连续观测的优势，同时为了弥补单台站地基探测覆盖范围小的不足，该团队在中国华北地区（河北、山东、辽宁、山西、河南）利用自主研制的全天空气辉成像仪，建成了国际上第一个区域全覆盖的全天空羟
南京信息工程大学硕士学位论文6基（OH）气辉探测台网[67-70]（图3）。图3国内子午工程二期及气辉观测网站点分布可以看出，想要进一步推动临近空间领域的科学研究和应用水平，对温度场实施有效的大范围高密度的组网观测，从而获取高时空分辨率及长期稳定的观测数据已经成为了一个重要的发展趋势。而在组网观测中，如何去保证每台仪器功能的稳定性和数据的可靠性，都是一项挑战。其中，基于光谱光度计原理探测气辉转动温度的仪器是最具潜力的一类仪器，但想要在组网观测中得到更有效的应用，仍然存在诸多关键技术问题函待解决。1.4本文的研究内容及意义综合上述研究背景及现状，地基探测仪器的组网观测对研究气辉辐射的时空分布特征和重力波行星波波动过程有着重要的意义，也是未来探测发展的必然趋势。在任何一个观测网中，如何去保证每个台站中的各个仪器功能的稳定性和数据的一致性，都是一项挑战。因此，仪器性能的一致性和稳定性、数据的可靠性以及后期运维过程都是组网观测必须要考虑的问题。正是基于这一背景，借助大气物理学院的科研条件，研制了一台具备高精度探测中高层大气温度的被动遥感探测地基仪器--中间层气辉光谱光度计（MASP，themesosphericairglowspectrumphotometer），能够实现对O2气辉辐射的长期观测，也为研究大气潮汐及重力波活动等相关问题提供了探测基矗MASP的所有组件都是商业化的标准器件，使其成本更合理，并且后期的运行和维护也更加便利，有利于长期稳定运行。另外，MASP配有小型半导体热电制冷器（TEC）空调，确保整个仪器的温度恒定。本文将详细介绍MASP的数据处理过程及温度反演的具体方法，并给出了观测实例。本硕士论文主要包括了以下内容：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Fizeau干涉仪的激光雷达测温方法研究[J]. 刘延文,孙学金,张传亮,李绍辉,周永波,李玉莲. 光谱学与光谱分析. 2019(10)
[2]基于全天空FPI的临近空间中性风场研究[J]. 吴鹏举,张燕革,艾勇,覃明辉. 装备环境工程. 2018(07)
[3]地基气辉成像干涉仪探测高层大气风场的定标研究[J]. 唐远河,崔进,郜海阳,屈欧阳,段晓东,李存霞,刘丽娜. 物理学报. 2017(13)
[4]基于多台站OH全天空气辉成像仪观测的中国中纬地区重力波传播特性[J]. 王翠梅,李钦增,徐寄遥,袁韡. 地球物理学报. 2016(05)
[5]海南电离层F区不规则体的气辉观测[J]. 吴褀,余涛,林兆祥,夏醇亮,左小敏,王霄. 地球物理学报. 2016(01)
[6]Design of CASSEGRAIN telescope baffles with honeycomb entrance[J]. 胡晓东,王维科,胡强,雷兴,魏青,刘元正,王继良. Chinese Optics Letters. 2014(07)
[7]瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度[J]. 卜令兵,郭胜利,田力,郜海阳,黄兴友. 强激光与粒子束. 2014(01)
[8]2009年1月5日廊坊OH气辉观测图像的谱分析[J]. 涂翠,胡雄. 空间科学学报. 2012(06)
[9]TIMED卫星测量得到的OH和O2（1.27μm）夜气辉全球分布特征[J]. 高红,徐寄遥,陈光明,袁韡,BELETSKY A B. 中国科学:技术科学. 2011(03)
[10]钠荧光多普勒激光雷达测量中间层顶区域大气温度[J]. 胡雄,闫召爱,郭商勇,程永强,龚建村. 科学通报. 2011(03)
硕士论文
[1]双波长激光雷达的研制与探测研究[D]. 宋娟.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2005
本文编号：3369862
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