【摘 要】
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临近空间大气温度不仅影响各种航天器的发射与再入轨过程的安全性,同时也是大气动力学和热力学等模型的建立和光化学耦合物理机制的重要参量。因此,临近空间大气温度场的研究在国际上具有重要的科学研究意义和较大的军事应用价值,是目前国际上研究的热点。国际上对临近空间大气温度廓线的研究始于上世纪六七十年代,而我国在这方面的研究起步较晚。本论文的主要内容包括以下几个方面:（1）基于氧气A波段气辉的光化学反应机制、
【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)
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临近空间大气温度不仅影响各种航天器的发射与再入轨过程的安全性,同时也是大气动力学和热力学等模型的建立和光化学耦合物理机制的重要参量。因此,临近空间大气温度场的研究在国际上具有重要的科学研究意义和较大的军事应用价值,是目前国际上研究的热点。国际上对临近空间大气温度廓线的研究始于上世纪六七十年代,而我国在这方面的研究起步较晚。本论文的主要内容包括以下几个方面:（1）基于氧气A波段气辉的光化学反应机制、大气动力学和光化学反应理论建立产生O2（b1∑g+）的光化学模型,然后基于此模型进行了气辉体发射率和气辉辐射强度的模拟。为了验证模型的正确性,将夜气辉体发射率计算结果与AURIC模型的结果进行了比较,对应高度基本吻合。基于计算和模拟结果对氧气A波段气辉体发射率和辐射强度的影响因素进行了具体分析,包括夜气辉体发射率随温度和氧原子数密度的变化、日气辉体发射率随太阳天顶角的变化、氧气A波段发射谱随温度的变化以及辐射强度随切点高度的变化。（2）基于氧气A波段的临边辐射模拟数据进行临近空间大气温度廓线的反演,为了选取更加合适的反演方法,分别采用了贝叶斯方法和最小二乘法两种不同算法进行温度反演并基于结果进行了对比和分析。对比发现,80公里以下,信噪比为66～337时,基于贝叶斯反演的三条谱线761.59nm、762.2nm、764.05nm的平均反演误差分别为6.04K、2.5K、4.81K;采用最小二乘法反演的平均反演误差分别23.27K、11.84K、17.97K。信噪比为6～34时基于贝叶斯的三条谱线的平均反演误差分别为37.55K、16.76K、28.50K;采用最小二乘法反演的平均误差分别为180.26K、65.61K、121.33K。（3）基于氧气A波段的临边辐射强度模拟数据和贝叶斯方法对临近空间高度（60-110 km）的大气温度反演进行了研究及分析。基于无噪声和加入噪声情况下的临边辐射强度模拟值这两种模拟数据分别进行了温度反演,并对氧气A波段中的所有谱线的反演结果进行了分析,确定了氧气A波段各谱线权函数变化规律可作为谱线选择的判断依据。在无噪声情况下,当温度对自吸收的影响小于对线强的影响时,温度反演精度较高,平均反演偏差为4.1 K;当温度对自吸收的影响大于对线强的影响时,此时温度的反演精度较差,平均反演偏差达到34.9K。此外,基于辐射弱线进一步通过人为提高信噪比来分析辐射强度对反演精度的影响,发现辐射越强,信噪比越大,温度的反演精度越高,反之则越低。当气辉谱线线强达到10-26时,也可以用于80公里以上的温度反演并获得较好的反演结果,反演精度<5K。
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