Nitric oxide and temperature in the thermosphere: mipas observations

• Autores: Diego Bermejo Pantaleón
• Directores de la Tesis: Bernd Funke (codir. tes.) , Manuel López Puertas (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2011
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Lucas Alados-Arboledas (presid.) , Inmaculada Foyo Moreno (secret.) , Miguel Angel López Valverde (voc.) , Gabriele Stiller (voc.) , Martin Kaufmann (voc.)
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• Resumen

  • La termosfera es la región menos explorada de la atmósfera hasta la fecha. Debido a su localización (por encima de 100 km) y a su baja densidad, estudiarla de manera global y continua ha sido posible gracias al avance en las técnicas de sondeo remoto usando instrumentación en satélites a partir de la década de los noventa.

    La termosfera es la región que conecta la baja atmósfera, donde se desarrolla la vida, con el espacio exterior. Por un lado, absorbe la radiación de alta energía del Sol, como también almacena energía depositada por partículas energéticas cargadas, también procedentes del Sol; a su vez, la termosfera emite radiación infrarroja hacia el espacio. Por otro lado, la baja atmósfera alimenta energéticamente la termosfera a través de mecanismos como la ruptura de ondas y mareas que se propagan desde la baja atmósfera, depositando energía y momento, o mediante la absorción de radiación infrarroja emitida por moléculas. En sentido inverso, la termosfera se acopla con la baja atmósfera a través de mecanismos como el transporte de aire hacia la mesosfera durante los inviernos en regiones polares. La termosfera es, por tanto, una región de gran interés, no sólo porque ha sido escasamente explorada, sino porque juega un papel esencial en el acoplamiento Sol-Tierra.

    La variabilidad solar (radiación y partículas), controlada por los ciclos de actividad solar, afecta a las propiedades físicas de la termosfera. Por ejemplo, a su estructura térmica, o también a su composición química, como la producción de óxido nítrico (NO) .

    El instrumento MIPAS a bordo de la misión ENVISAT de la ESA observa de forma global y continua la región de la termosfera hasta 170 km desde 2005. MIPAS mide la emisión en 5.3 micras de la banda fundamental del NO con elevada resolución espectral y alta sensibilidad. A partir de estas emisiones, afectadas de No Equilibrio Termodinámico Local, se pueden derivar tanto la concentración de NO como la temperatura.

    Éste es el punto de partida de la tesis, cuyo primer objetivo ha consistido en el desarrollo de un esquema de inversión para obtener temperatura y abundancia de NO a partir de espectros de alta resolución. Posteriormente, este esquema se ha aplicado a las medidas de MIPAS de la termosfera tomadas en el período 2005-2009, permitiendo derivar una atmósfera de referencia de temperatura y NO termosféricos para condiciones de baja actividad solar. Debido a que la inversión de medidas de la alta atmósfera requiere un conocimiento preciso del estado hidrostático de la atmósfera por debajo, se han invertido para este período la temperatura y la presión hasta 100 km, utilizando un esquema de inversión distinto, ya existente, desarrollado para inversiones hasta 70 km, a partir de la emisión de CO2 en 15 micras, pero adaptado y optimizado para invertir la temperatura hasta 100 km.

    Entre los resultados más destacados de la tesis, se encuentran: - Atmósfera de referencia para la temperatura en la atmósfera media. Las temperaturas obtenidas de las medidas de MIPAS han sido validadas mediante comparación con otros instrumentos, mostrando un acuerdo excelente con ellos.

    - Atmósfera de referencia para la temperatura y la abundancia de NO en la termosfera.

    - La temperatura y el NO obtenidos han sido comparados con otras atmósferas de referencia, como MSIS, NOEM o HALOE/SME.

    - Se ha analizado, por primera vez, el ciclo diurno del NO a partir de observaciones y no de modelos fotoquímicos.

    - Se ha estudiado la variabilidad de la temperatura y del NO en la termosfera producido por la variabilidad solar.

    - Se han estudiado con detalle eventos esporádicos que afectan a la termosfera, como son las tormentas solares (en particular la de Enero de 2005), y también se ha comprobado la predicción de aumento de temperatura en la baja termosfera como consecuencia de un período de calentamiento súbito de la estratosfera en los inviernos polares.

    La atmósfera de referencia para la temperatura y el NO termosféricos obtenida a partir de las medidas de MIPAS deja unos puntos de trabajo futuro: - Mejorar la calidad de las inversiones para condiciones de baja relación señal-ruido, en especial en condiciones de noche, donde la información a priori utilizada introduce errores sistemáticos significativos.

    - La validación de modelos como TIME-GCM o WACCM.

    - La apliación del esquema de inversión a las medidas de MIPAS desde 2009 hasta 2013 (misión extendida), que permitirá obtener una atmósfera de referencia que incluya el período de alta actividad solar.