SMILES-2のサブミリ波・テラヘルツ帯での中間圏・下部熱圏観測提案についてSMILES
SMILES-2 WG (PI 塩谷雅人)（宇宙研・鈴木睦）
15/05/27

SMILES-2 at MTI研究会

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JEM/SMILES Mission(JEM/SMILES: Superconducting Submillimeter-Wave Limb-Emission Sounder designed to beaboard the Japanese Experiment Module on ISS; Collaboration project of JAXA - Japan
Aerospace Exploration Agency - and NICT - National Institute of Information and Communications Technology -)1. Demonstration of superconductive mixer and 4-K mechanical cooler forthe submillimeter limb-emission sounding in space[Mechanical Cooler] Twostage Stirling and J-T;
20mW @4K, 200mW@20K, 1000mW @100K;
Power Consumption: <300
W; Mass: 90 kg[SIS Mixer]
RF: 640 GHz, IF: 11-13
GHz; Junction:
Nb/AlOx/Nb, ~7 kA/cm2;
Fabricated at Nobeyama
RO

2. Observation on atmospheric minor constituents in the middle atmosphere15/05/27[Standard Products]– 1 scan： O3, HCl, ClO, CH3CN, O3 isotopes, HOCl, HNO3
– Multi-scan：HO2, BrO[Research Products] UTH, Cirrus Clouds, volcanic SO2, H2O2
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2Typical day-time spectra
Brightness Temp.

20 kmO3O3H37Cl

H35Cl

10018OOO30 kmHO2O3(v1,3)

O3
HOCl HNO340 km

BrO
HNO3

1018OOO

O17OO
O3(v2)

1O3(v2)

HOCl
CH3CN
CH3CN

18OOO

Band A

CH3CN

Band CClO

O17OO

O3(v2)

0.1

O3(v1,3)Band B

100

17OOO

HO2

10BrO

17OOO

HNO3

15/05/27

O3(v1,3+v2)

O3(v1,3+v2)

1

0.1

Observed spectra are in thin lines andfitted spectra are in thick lines

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SMILES-2研究の動機 (1)• SMILESでは、成層圏においてモデル計算と非常に良い一致が見られた• 気温導出は18-40kmのみ

ClO Diurnal Variation 34 km
RED=SMILES, BLUE=SD-WACCM

SMILES Temp. using O3 and HCl lines.
40 km

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研究の動機 (2)••中間圏上部では、SMILESとモデル計算の一致は良くない
SMILESの問題？
– 分光: 成層圏で合うため、原因ではない– 気温: モデル気温をカンニングしているが、そもそもモデル計算が現実大気と異なる

•

モデル？
––––

•

O3 73 km

モデルの気温場
モデルの力学 (潮汐, 重力波, etc)
モデルの化学(分子種, 反応式, 反応速度, 光乖離)
H2O量の差が中間圏化学で影響

上部成層圏〜中間圏〜下部熱圏の気温（＋風)・H2O・風(力学の一つの側面)を測定すべき

ClO 76 km– 風(2.5 kHz分解能) + 気温高度分布(1-2K制度 + 正確な高度差情報)– 分光学(室内実験の限界を超えた圧力拡がりパラメ
ターの知識) = 周波数軸 2.5 kHz, 気温1K, 圧力 0.5%
= 気温高度分布の高度差精度(<<50m)– どちらもGPS掩蔽による気温鉛直分布を必要とする

HO2 76 km
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Dynamics and Chemistry• 上部成層圏〜中間圏の気温(風)場– 現業気象予報(高度80kmまでのフルChemistry, WACCM互換)において入力データとして必要とさている。
– 成層圏突然昇温の15日予報が可能になるのではないか？
冬季の中期予報が可能にならないか？

• 重力波, Rossby波, Planetary波, B-D循環等の理解, モデルパラメター化などが改善され,現業気象予報, O3層回復予測, 温暖化将来予測の精度が高まるのではないか？
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SMILES-2 Bands and Species

2 SIS (Superconductor Insulator Superconductor) + 1 HEB (Hot Electron Bolometer)• SIS-1: 487 and 525 GHz– 485-489:– 523-527:

T, Wind, O2, H2O, O3, HO2
BrO, NO2, H2CO, N2O, HO2, etc• SIS-2: 625 and 650 GHz– 623-627: SMILES Bands A+B extended, O3, HCl, BrO,
HNO3, HO2, N2O, HOCl, CH3Cl– 648-652: SMILES Band C extended, O3, ClO, HO2,BrO, NO• HEB: 4K cooled, 1.8 and 2.0 THz switching– 1.8 THz:
– 2.06 THz:

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OH, H2O, O3, etc
O-atomSMILES-2 at MTI研究会7N2O 625

OH, HO2, ClO, O3も測定

NO2 525 night

HNO3 625

ClONO2 can be estimated fromdiurnal cycle of ClO and NO2.

NO 65015/05/27

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8OH (1.836 THz, NbN HEB, Tsys 1000 K @4K)
H2O 1.796 THz, O‐atom 2.06 THz, Temp, Wnd
1.836 THz OH

1.836 THz Wnd

2.06 THz O‐atom2.06 THz Wnd

2.06 THz O‐atom線
から80‐150kmのO‐atom量, 気温,風速が導出できる
1.796 THz H2O

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9Summary• SMILES-2 WG timeline (最速の場合)– 2018/02 衛星提案, 2019/02開発着手, 2024/02打ち上げ• 4K sub-mm, THzの最小構成 (2 SIS, 1 HEB)で、ほぼ完璧な成層圏~中間圏~下部熱圏観測が期待出来る– 化学種, 気温, 風速• 常温sub-mm, THz機器は、近い将来の現業気象観測の必須機器となる能力があり、研究衛星(MTI衛星)としてぜひ実現して欲しい• SMILES-2 で3年観測した後に、Full Chemistry の衛星観測は不要になる(と真剣に豪語しています) = 今後は気温の現業観測 (15-100km 常温sub-mm, 2-30kmGPS掩蔽)のみが必要となる
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