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?。中性風在理解中層頂區(qū)域的動力學特性、物質(zhì)輸運機制及能量收支平衡等方面具有重要作用。同時，中性風場也是大氣模型中的關(guān)鍵性參數(shù)。

　　近日，中國科學院國家空間科學中心團隊研制出基于非對稱空間外差光譜技術(shù)的光學干涉儀。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高度的中性大氣風場的測量。

　　該光學干涉儀采用一體化集成設計，其光學元件由多種類型玻璃材料構(gòu)成。團隊通過科學設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，提升了其在復雜環(huán)境條件下大氣風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。團隊進一步通過搭建實驗室測風標定系統(tǒng)，評估了干涉儀的測風能力。實驗數(shù)據(jù)顯示，在五十次測量中，風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探測結(jié)果進行對比分析。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)向風觀測結(jié)果的皮爾遜相關(guān)系數(shù)達0.845，緯向風觀測結(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場數(shù)據(jù)進行加權(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基金和中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃等的支持。

（a）一體化ASHS干涉模塊，（b）野外觀測站的ASHS干涉儀配置