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作者:唐超礼  文章来源:安光所网站
      近日,实验室魏合理研究员课题组唐超礼等在美国地球物理协会(AGU)的《地球物理学研究(JGR)-空间物理》上发表论文,系统分析了太阳辐射和地磁活动对热层大气一氧化氮(NO)冷却率全球分布和时空变化的影响。
      唐超礼博士等利用TIMED大气观测卫星上搭载的宽带辐射计(SABER)所探测的全球一氧化氮红外辐射通量数据(时间2002~2017年,高度100~280km),系统地分析了太阳活动和地磁活动对热层NO红外辐射通量全球分布和时空变化的影响(图1所示)。从大量的统计数据中发现:热层NO冷却率在100至225 km高度间和太阳11年周期变化一致(图1c);地球的地磁活动对100至190 km高度的NO冷却率有显著影响(图1d)。太阳活动和地磁活动对NO辐射量的影响不同之处主要体现在:在同一高度层太阳活动对NO冷却率的影响是随着纬度的增加而减少(图1e),而地磁活动对NO冷却率的影响是随着纬度的增加而增加(图1f)。由于受两个因素影响的NO辐射通量随着纬度的增加呈现正反两方面的相关效应,使得地球热层中的NO冷却率对地球表面温度造成“相对均匀”的影响。该研究首次获得了地球热层的NO冷却率对太阳活动以及地磁活动的响应系数及其随高度和纬度的空间分布规律,发现了热层区域的NO红外辐射通量和能量的动态平衡也具有11年周期性的变化规律,这与太阳活动11年周期变化相一致。
      虽然一氧化氮(NO)在地球热层大气组成成分中仅占有很少的百分比,但是NO在5.3 微米波段的红外辐射却是热层大气中的红外辐射冷却的一个重要过程,该过程在中高层大气红外辐射能量收支中起着重要作用,尤其在热层的风暴期间, NO的红外辐射冷却过程尤为重要,它直接影响到大气的热结构,表现出很强的太阳地球空间耦合特性。中高层大气的能量平衡和热结构主要受太阳活动循环周期的控制,太阳辐射提供了热层大气系统各种动态过程的外部强迫动力过程,因此热层大气中NO辐射通量变化主要是受到太阳活动影响。NO红外辐射是地球上空的重要“保温被子”,是高层大气状态和空间环境的重要物理参量,而热层也是低轨道卫星所在的临近空间。所以,高层大气成分和辐射分布的研究已是业界关注的热点之一。此外,太阳11年周期性活动对热层空间环境的大气物理、化学以及传输等有着重要的影响,系统研究地球热层NO红外辐射通量的全球分布以及太阳活动和地磁活动对其空间分布的长期影响对进一步认识高层大气空间环境有着重要意义;对于确定高空大气的动力学和能量收支以及低轨道卫星的临近空间环境评估也具有重要意义。
      此项研究工作得到了国家高技术项目和自然科学基金项目的支持。
      全文链接:http://rdcu.be/ETxK

图1 热层一氧化氮(NO)红外辐射量的全球分布和时空变化,以及太阳活动和地磁活动对其变化的影响. (a) 热层大气的NO红外辐射量的年际相对变化; (b) 在175km高度层的NO红外辐射量和太阳活动指数的年际变化; (c) 热层NO红外辐射量对太阳循环周期的依赖性分析; (d) 热层NO红外辐射量对地磁活动的依赖性分析; (e) 热层NO红外辐射量对太阳活动响应大小的空间纬度分布; (f) 热层NO红外辐射量对地磁活动响应大小的空间纬度分布