热层风是了解中高层大气动力学和电动力学进程的要害参数。地基被迫光学干涉仪大范围的应用于热层风观测,且是现在仅有可完成高层大气中性风场直接勘探的仪器,其经过丈量630 nm氧原子气辉的多普勒频移反演风速,经过扫描东西南北及天顶五个方位重构局地风场。作为一种被迫光学遥感设备,干涉仪易受杂散光污染而引进差错,如在极光活动期间,干涉仪热层风观测常呈现显着的南北或东西差异,对动力学进程剖析形成搅扰,亟需厘清测风进程中的污染要素及机理。
2024年5月10日和10月10日两次强磁暴期间,子午工程四子王旗站(41.8°N,111.9°E)的两部不同光学原理的干涉仪(法布里-珀罗与空间外差)均在极光时段观测到南北侧经向风相差超400m/s、笔直风向下超100m/s,且与极亮光度同步快速改变(如图1),因而估测与大气散射使非视野方向极光辐射进入光学干涉仪视场形成测风误差有关。
为探求反常风场成因,中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间气候全国重点实验室中高层大气研讨团队构建了低层大气散射辐射传输模型,经过模仿极光辐射在低层大气内的散射进程,定量评价了散射对光学干涉仪热层风观测的误差影响。模仿成果根本再现了观测到的反常风场特征,证明低层大气散射是首要污染要素之一(如图1)。散射引进的视野风误差,其正负符号与极亮光区的视野风速保持一致;巨细随视野与亮区夹角增大而十分显着升高,具有方位不均匀性。极光呈现在台站北方后,散射将北方强光区的视野风速“弥散”到其它方位,使光学干涉仪在其它方向观测到了来自北方的辐射污染,然后形成水平风速差异(如图2)。这一发现不只深化了对光学干涉仪观测受光污染机制的了解,也为中纬度赤色极光频发区内干涉仪测风数据的鉴别供给了理论按照和技能途径。
(a) 630 nm气辉亮度(45°仰角下8个地舆方位及天顶方向);赤色时段为可见极光时段。(b–d) 分别为经向、纬向和笔直风;实线(圆点:空间外差,菱形:法布里-珀罗)为实测,虚线为散射模仿成果;灰色实线为相对方向平均值。(a–d)为5月10日成果;(e–h)类同,对应5月11日。
