地球熱層大氣NO紅外輻射通量變化規律研究獲進展

　　近日，合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所博士唐超禮等利用TIMED大氣觀測衛星上搭載的寬帶輻射計（SABER）所探測的全球一氧化氮（NO）紅外輻射通量數據（時間：2002年至2017年，高度：100km至280km），系統分析了太陽活動和地磁活動對熱層NO紅外輻射通量全球分布和時空變化的影響。

　　雖然NO在地球熱層大氣組成成分中僅占有很少比例，但是其在5.3微米波段的紅外輻射卻是熱層大氣中紅外輻射冷卻的一個重要過程。該過程在中高層大氣紅外輻射能量收支中起著重要作用，尤其在熱層的風暴期間，NO的紅外輻射冷卻過程尤為重要，它直接影響到大氣的熱結構，表現出很強的太陽地球空間耦合特性。中高層大氣的能量平衡和熱結構主要受太陽活動循環周期的控制，太陽輻射提供了熱層大氣系統各種動態過程的外部強迫動力過程，因此熱層大氣中NO輻射通量變化主要是受到太陽活動影響。NO紅外輻射是地球上空的重要“保溫被子”，是高層大氣狀態和空間環境的重要物理參量，而熱層也是低軌道衛星所在的臨近空間。因此，高層大氣成分和輻射分布的研究已是業界關注的熱點之一。此外，太陽11年周期性活動對熱層空間環境的大氣物理、化學以及傳輸等有著重要的影響，系統研究地球熱層NO紅外輻射通量的全球分布以及太陽活動和地磁活動對其空間分布的長期影響對進一步認識高層大氣空間環境有著重要意義，對確定高空大氣的動力學和能量收支以及低軌道衛星的臨近空間環境評估也具有重要意義。

　　該研究從大量的統計數據中發現，熱層NO冷卻率在100km至225km高度間和太陽11年周期變化一致；地球的地磁活動對100km至190km高度的NO冷卻率有顯著影響。太陽活動和地磁活動對NO輻射量的影響不同之處主要體現在：在同一高度層太陽活動對NO冷卻率的影響是隨著緯度的增加而減少，而地磁活動對NO冷卻率的影響是隨著緯度的增加而增加。由于受兩個因素影響的NO輻射通量隨著緯度的增加呈現正反兩方面的相關效應，地球熱層中的NO冷卻率對地球表面溫度造成了“相對均勻”的影響。該研究首次獲得了地球熱層NO冷卻率對太陽活動以及地磁活動的響應系數及其隨高度和緯度的空間分布規律，發現了熱層區域的NO紅外輻射通量和能量的動態平衡也具有11年周期性的變化規律，與太陽活動11年周期變化相一致。

　　相關研究成果發表在《地球物理學研究-空間物理》上。該研究得到了國家高技術研究發展計劃、國家自然科學基金的資助。

　　熱層NO紅外輻射量的全球分布和時空變化，以及太陽活動和地磁活動對其變化的影響。(a)，熱層大氣的NO紅外輻射量的年際相對變化；(b)，在175km高度層的NO紅外輻射量和太陽活動指數的年際變化；(c)，熱層NO紅外輻射量對太陽循環周期的依賴性分析；(d)，熱層NO紅外輻射量對地磁活動的依賴性分析；(e)，熱層NO紅外輻射量對太陽活動響應大小的空間緯度分布；(f)，熱層NO紅外輻射量對地磁活動響應大小的空間緯度分布。