刘栋， 董雁冰*， 毛宏霞， 包醒东， 魏合理

1 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室， 北京 100854 2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室， 合肥 230031

0 引言

二氧化碳(CO2)作为中间层与低热层大气(MLT, Mesosphere and Lower Thermosphere) 中最主要的痕量成分之一，具有十分活跃的红外辐射性质，存在2.7 μm、4.3 μm、15 μm等多个重要吸收带(Goody and Yung, 1989).现有的观测和理论模拟已经证明，CO2发射红外辐射将MLT的能量释放到外空间，会对大气造成显著的冷却，这是决定MLT的能量收支和动力学的主要因素(Roble and Dickinson,1989; Mlynczak et al., 1999,2010).另一方面，MLT的辐射冷却通过热传导作用也会导致热层大气收缩，从而改变热层大气密度，这会影响处于其中的低轨卫星和轨道碎片的运动状态(Emmert et al., 2012).此外，CO2的红外辐射也直接构成了这一区域的主要红外背景辐射，决定着此区域的辐射传输特性(López-Puertas and Taylor, 2001).然而，随高度增加，大气扩散分离作用和光离解作用逐渐强于湍流混合作用，MLT CO2会逐渐偏离均匀混合，体积混合比(VMR, Volume Mixing Ratio)不再与低层大气一致，多尺度的大气输运过程可能使其产生明显的时空分布(Smith et al., 2011; Garcia et al., 2014).因此，开展MLT区域的CO2VMR时空分布特征研究，一方面，对准确地认知中高层大气能量收支、动力学过程和全球气候变化具有重要作用；另一方面，对空间环境安全的分析也有明确的指导意义；最后，它也是精确分析临近空间红外背景辐射特性的基本前提.

MLT CO2VMR最早的测量实验是20世纪70年代利用探空火箭搭载的质谱仪开展原位测量(Offermann and Grossmann, 1973; Trinks and Fricke, 1978).但是，这种技术的测量不确定度很大，且只能在……