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系統識別號 U0026-2707201607062400
論文名稱(中文) 630.0奈米波段大氣輝光觀測與模擬在太陽極小期
論文名稱(英文) The Observation and Simulation of 630.0 nm Nightglow in the Solar Minimum
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 太空與電漿科學研究所
系所名稱(英) Institute of Space and Plasma Sciences
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 鄭瑞億
研究生(英文) Jui-Yi Cheng
學號 la6021072
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 71頁
口試委員 指導教授-談永頤
口試委員-趙吉光
口試委員-汪愷悌
中文關鍵字 電離層  630.0奈米波段大氣輝光  高空大氣閃電影像儀  午夜高溫極大值  夏冬風場 
英文關鍵字 Ionosphere  630.0 nm nightglow  ISUAL  midnight temperature maximum  summer-to-winter wind 
學科別分類
中文摘要 地球夜側除了月光、星光和高緯度極光之外,在中低緯度還存在許多波段大氣輝光(Nightglow),其中以630.0奈米波段之紅光生命週期最長,最容易觀測,為了瞭解中性風場(Neutral wind)與溫度異常對電離層的變化,我們利用630.0奈米波段大氣輝光在午夜時全球性的觀測,並同時搭配模擬進行驗證,期望藉由福衛二號與模擬之間的差異,釐清並確認前行研究尚未能解釋的物理機制。
本篇論文利用福衛二號(FORMOSAT-2)上所搭載的科學儀器高空大氣閃電影像儀(ISUAL),在中低緯度地區觀測夜間之大氣輝光資料,分析630.0奈米波段之大氣輝光在2006年至2008年完整兩年資訊,此期間為太陽極小期,意即地球電離層受到太陽活動影響比較小,處於平靜狀態。當福衛二號飛入地球夜側約為當地時間23:00,本研究分別探討三個不同經度區域內630.0奈米波段輝光發光強度與峰值分佈的季節性變化,此三個不同經度區域分別為磁赤道與地理赤道重疊、磁赤道位於地理赤道北邊、磁赤道位於地理赤道南邊,觀測輝光在三個不同經度區域上是否受到地磁的影響,整體資料以一個月份為單位;在三個不同經度區域內季節性變化上,630.0奈米波段輝光強度皆呈現於春秋季節均勻較強,在夏冬季節不均勻較弱,在北半球春天最強,於北半球夏天時達到最弱,而峰值分佈會隨季節呈現震盪現象,偏向於夏半球的方向,並且輝光都出現在地理赤道區域,與午夜高溫極大值(Midnight temperature maximum)事件的季節變化趨勢相符;在三個不同經度區域上,兩年整體資料結果呈現輝光的分佈位置偏向於磁赤道的方向,輝光的分佈會受到地磁影響。
本論文模擬利用IRI與MSISE模型模擬電離層中電子密度和中性粒子密度,藉由630.0奈米波段輝光體積放射率公式,計算輝光在距地表150-350公里中的發光行為,進而以一個月份為單位在2006年至2008年期間,共有25個月份比對三個不同經度區域的觀測結果;模擬在輝光發光強度上呈現相同變化,在北半球春天最強,於北半球夏天時達到最弱;模擬上輻射峰值分佈隨季節呈現震盪現象,偏向於磁冬半球方向;並在三個不同經度區域上,兩年整體資料結果呈現輝光的分佈位置圍繞著磁赤道震盪,模擬輝光的分佈會受到地磁影響。
觀測結果與模擬結果比對,兩者皆在輝光發光強度上呈現相同變化,並深入探討630.0奈米波段輝光生成與電子密度有高相關性。然後震盪現象卻是相反,觀測結果與MTM事件有關,一種由較低高度熱氣層產生的增溫現象,然而模擬模型中未包含MTM事件,主要受到夏季吹向冬季的夏冬風場(Summer-to-winter winds)影響,我們推測MTM是造成觀測與模擬上震盪現象相反的原因,建議後續研究可以朝此方向進行。
英文摘要 FORMOSAT-2/ISUAL has the long-term database of 630.0 nm nightglow. We utilize the data during two years of geomagnetic quiet periods (October 2006 to October 2008) under solar minimum condition with simulation results based on the IRI and MSISE models. We find consistency between the observations and calculation results in terms of seasonal variations of the 630.o nm nightglow intensity, which is related to the ionospheric annual and semi-annual anomaly as nightglow correlates with the electron density of the F region. Examining the results in three longitudinal regions, we also find out that the location of the geomagnetic equator has a strong influence on the latitudinal distribution of 630.0 nm nightglow. On the other hand, there are differences between the observations and simulation results in the occurrence of 630.0 nm nightglow regions because the simulations do not include factors that could be physical essential. The observations indicate that the location of brightness region has a tendency to tilt toward the summer hemisphere near the geographic equator as the season changes. We suggest that this tendency is associated with the midnight temperature maximum effect. However, the simulation results show that the location of brightness region has a tendency to tilt toward the geomagnetic winter hemisphere, which is a result mainly caused by the summer-to-winter wind. This effect of the neutral wind dominates in the simulations because the IRI and MSISE models do not include the mechanism of midnight temperature maximum.
論文目次 摘要 I
Abstract III
誌謝 X
表目錄 XI
圖目錄 XIII
第一章 簡介 1
第一節 電離層 1
第二節 630.0奈米波段大氣輝光 5
第三節 溫度與中性風場對輝光的影響 10
第四節 研究動機 14
第二章 大氣輝光觀測 16
第一節 福衛二號 ISUAL 16
第二節 影像資訊 18
第三節 觀測結果 24
第三章 大氣輝光模擬 32
第一節 IRI模型與MSISE模型介紹 32
第二節 模擬方法 33
第三節 電子密度的模擬結果 36
第四節 氧氣(O2)密度的模擬結果 44
第五節 輝光的模擬結果與討論 49
第四章 討論與總結 59
參考文獻 69
參考文獻 Abreu, V. J., G. A. Schmitt, P. B. Hays, and T. P. Dachev, Volume emissionrate profiles of the 6300-A ̇ tropical nightglow obtained from the AE-E satellite, J. Geophys. Res., 87, 6346, 1982.
Adachi, T., M. Yamaoka, M. Yamamoto, Y. Otsuka, H. Liu, C.C Hsiao, Alfred B.C. Chen, and R.R Hsu, 2010: Midnight latitude-altitude distribution of 630 nm airglow in the Asian sector measured with FORMOSAT-2/ISUAL, J. Geophys. Res., 115, A09315, doi:10.1029/2009JA015147.
Burrage, M. D., C. G. Fesen, V. J. Abreu; Low-latitude thermospheric neutral winds determined from AE-E measurements of the 6300-A ̇ nightglow at solar maximum, J. Geophys. Res., VOL. 95, NO. A7, Pages 10,357-10,364.
Camp, C.D. and K.K. Tung. Surface warming by the solar cycle as revealed by the composite mean different projection. Geophys. Res. Lett., 2007, 34: L14703.
Chiang, C. Y., T. F. Chang, Sunny T. Y. Tam, T. Y. Huang, Alfred B. C. Chen, H. T. Su, and R. R. Hsu, 2013; Global observations of the 630-nm nightglow and patterns of brightness measured by ISUAL. Terr. Atmos., Ocean. Sci., 24, No.2, 283-293.
Chen, F. F. Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, (1984)2nd ed., Vol. 1:”Plasma Physics” (Plenum Press, New York).
Colerico, M. J. and M. Mendillo, 2002: The current state of investigations regarding the thermospheric midnight temperature maximum (MTM), J. Atmos. Sol.-Terr. Phys., 64, 1361-1369, doi:10.1016/S1264-6826(02)00099-88.


Colerico, M. J., M. Mendillo, C. G. Fesen, and J. Meriwether, 2006: Comparative investigations of equatorial electrodynamics and low-to-mid latitude coupling of the thermosphere-ionosphere system, Ann. Geophys., 24, 503-513, doi;10.1029/96JA02337.
Fesen, C. G., D. L. Hysell, J. W. Meriwether, M. Mendillo, B. G. Fejer, R. G. Roble, B. W. Reinisch, and M. A. Biondi, 2002: Modeling of the low latitude thermosphere and ionosphere, J. Atmos. Sol. Terr Phys., 64, 1337-1349.
Greenspan, M. E., C. E. Rasmussen, W. J. Burke, and M. A. Abdu, Equatorial density depletions observed at 840km during the great magnetic storm of March 1989, J. Geophys. Res., 96, 13931-13942, 1991.
Herrero, F. A., and Spencer, N. W., 1982: On the horizontal distribution of the equatorial thermospheric midnight temperature maximum and its seasonal variations, Geophys. Res. Lett., 9, 1179-1182.
Hyosub Kil, Robert DeMajistre, Larry J. Paxton, Yongliang Zhang, 2006: Nighttime F-region morphology in the low and middle latitudes seen from DMSP F15 and TIMED/GUVI. J. Atmos., Sol.-Terr. Phys., 68,1672-1681, doi: 10.1016/j.jastp. 2006.05.024.
Kelly, M. C., and R. A. Heelis, The Earth’s Ionosphere, Academic Press, San Diego, USA, 1989.
Lin, C. H., J. Y. Liu, T. W. Fang, P. Y. Chang, H. F. Tsai, C. H. Chen, and C. C. Hsiao, 2007: Motions of the equatorial ionization anomaly crests imaged by FORMOSAT-3/COSMIC, Geophys. Res. Lett., 34, L19101, doi:10.1029/2007GL030741.


Rajesh, P. K., J. Y. Liu, C.Y. Chiang, A.B. Chen, W. S. Chen, H. T. Su, R. R. Hsu, C. H. Lin, M.-L. Hsu, J. H. Yee, and J. B. Nee, 2009: First results of the limb imaging of 630.0 nm airglow using FORMOSAT-2/Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightnings. J. Geophys. Res., 114, A10302, doi:10.1029/2009JA014087.
Rajesh, P. K., 2007: Airglow investigations of the low-latitude ionosphere, 國立中央大學太空科學研究所博士論文
Sobral, J. H., H. Takahashi, M. A. Abdu, P. Muralikrishna, Y. Sahai, C. J. Zamlutti, E. R. De Paula, and P. P. Batista, 1993: Determination of the quenching rate of the O((_^1)D) by O((_^3)D) from rocket-borne optical (630 nm) and electron density data, J. Geophys. Res., VOL. 98, NO. A5, Pages 7791-7798.
林建宏, 2005: Low-latitude ionosphere variations during magnetic disturbances, 國立中央大學太空科學研究所博士論文
許美蘭, 2008: A study of ionospheric 135.6 nm airglow, 國立中央大學太空科學研究所博士論文
方惠寬, 2015: Ion measurements of ionosphere plama in space plasma operation chamber, 國立成功大學物理學研究所博士論文
劉格瑋, 2009: Long term correlation study of observations between FORMOSAT-2/ISUAL 6300A ̇ airglow and FORMOSAT/GOX electron density, 國立成功大學物理學研究所碩士論文
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