CO2 thermal infrared signature following a sprite event in the mesosphere

Autor: Mathieu Barthelemy, Sébastien Payan, Anne Vialatte, Frédéric Romand, Laurence Croizé
Přispěvatelé: DOTA, ONERA, Université Paris Saclay [Palaiseau], ONERA-Université Paris-Saclay, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), TROPO - LATMOS, Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), DOTA, ONERA, Université Paris Saclay (COmUE) [Palaiseau], ONERA-Université Paris Saclay (COmUE), Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Journal of Geophysical Research Space Physics
Journal of Geophysical Research Space Physics, American Geophysical Union/Wiley, 2018, 123 (9), pp.8039-8050. ⟨10.1029/2018JA025894⟩
Journal of Geophysical Research Space Physics, 2018, 123 (9), pp.8039-8050. ⟨10.1029/2018JA025894⟩
ISSN: 2169-9380
2169-9402
DOI: 10.1029/2018JA025894⟩
Popis: International audience; Sprites are a potential thermal infrared radiation source in the stratosphere and mesosphere through molecular vibrational excitation. We developed a plasma‐chemical model to compute the vibrational kinetics induced by a sprite streamer in the 40‐70 km altitude range until several tens of seconds after the visible flash is over. Then, we computed the consecutive time‐dependent thermal infrared spectra that could be observed from the stratosphere (from a balloon platform), high troposphere (from an aircraft) and low troposphere (aircraft or altitude observatory) using a non‐local thermodynamic equilibrium radiative transfer model. Our simulations predict a strong production of CO2 in the (001) vibrational level which lasts at least 40 seconds before falling to background concentrations. This leads to enhanced emissions in the long wavelength infrared, around 1000 cm‐1, and mid wavelength infrared, around 2300 cm‐1. The maximum sprite infrared signatures (sprite spectra minus background spectra) reach several 10‐7 W/sr/cm2/cm‐1 after propagation through the mesosphere and stratosphere, to an observer located at 20‐40 km of altitude. This maximum signal is about one order of magnitude lower if propagated until the troposphere. From the two spectral bands, the 1000 cm‐1 one could be detected more easily than the 2300 cm‐1 one, which is more affected by atmospheric absorption (CO2 self‐trapping at all altitudes, and H2O, mostly in the troposphere). With a sufficiently sensitive instrumentation, mounted in an open stratospheric balloon platform for example, the 1000 cm‐1 band could be detected from 20 – 40 km of altitude.
Databáze: OpenAIRE
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