地球大氣的中間層頂與低熱層構(gòu)成了重要區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的物理和化學(xué)過程受到源自低層大氣與近地空間能量傳輸?shù)挠绊?。中性風(fēng)在理解中層頂區(qū)域的動力學(xué)特性、物質(zhì)輸運(yùn)機(jī)制及能量收支平衡等方面具有重要作用。同時，中性風(fēng)場也是大氣模型中的關(guān)鍵性參數(shù)。

　　近日，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心團(tuán)隊研制出基于非對稱空間外差光譜技術(shù)的光學(xué)干涉儀。該干涉儀能夠通過探測氧原子557.7nm氣輝光譜的多普勒頻移，實現(xiàn)對中間層頂約96km高度的中性大氣風(fēng)場的測量。

　　該光學(xué)干涉儀采用一體化集成設(shè)計，其光學(xué)元件由多種類型玻璃材料構(gòu)成。團(tuán)隊通過科學(xué)設(shè)計并組合具有不同熱膨脹系數(shù)的玻璃材料，降低了儀器對溫度變化的敏感性，提升了其在復(fù)雜環(huán)境條件下大氣風(fēng)場探測的魯棒性與穩(wěn)定性。實驗室測試結(jié)果表明，該干涉儀的空間頻率和相位偏置與溫度的敏感系數(shù)分別為?0.038 cm?1/°C和0.624 rad/°C。團(tuán)隊進(jìn)一步通過搭建實驗室測風(fēng)標(biāo)定系統(tǒng)，評估了干涉儀的測風(fēng)能力。實驗數(shù)據(jù)顯示，在五十次測量中，風(fēng)速反演誤差范圍被確定為?2 m/s至1.8 m/s。

　　為驗證該新型儀器的測量有效性，團(tuán)隊對部署在漠河站的ASHS干涉儀和激光在中間層頂附近夜間開展的中性風(fēng)探測結(jié)果進(jìn)行對比分析。分析表明，兩種不同探測系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)表現(xiàn)出一致性——經(jīng)向風(fēng)觀測結(jié)果的皮爾遜相關(guān)系數(shù)達(dá)0.845，緯向風(fēng)觀測結(jié)果的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.780。觀測數(shù)據(jù)回歸斜率小于1的現(xiàn)象，可能源于對不同高度層風(fēng)場數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均處理引入的觀測偏差。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Atmospheric Measurement Techniques上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊計劃等的支持。

（a）一體化ASHS干涉模塊，（b）野外觀測站的ASHS干涉儀配置