Development of a data processing chain for a spatial heterodyne interferometer measuring temperature in the mesosphere and lower thermosphere
Creators: name: Ntokas, Konstantin
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2024

description: Die Dynamik der Atmosphäre wird durch wellenartige Muster bestimmt, die Momentum transportieren. Fortschritte in der Beobachtungstechnologie ermöglichen es, diese Wellen genauer zu erfassen. Schwerewellen, welche kleine bis mittelgroße atmosphärische Wellen sind, spielen eine wichtige Rolle in dem Transport von Momentum von der unteren Atmosphäre bis hoch in die Mesosphäre und untere Thermosphäre (MLT). Die kontinuierliche globale Beobachtung von Schwerewellen ist daher von großem Interesse. Schwerewellen lassen sich aus ihrem Einfluss auf das Temperaturfeld der Hintergrundatmosphäre (Temperaturresiduen) ableiten. Ein Limb-Sounding-Instrument mit hoher vertikaler Auflösung wurde entwickelt, um Temperaturresiduen in der MLT-Region zu beobachten und die kurzen vertikalen Wellenlängen von Schwerewellen präzise zu erfassen. Das Instrument verwendet Fourier-Transform-Spektroskopie, um Temperaturen aus der O2 A-Bande im nahen Infrarotspektrum zu bestimmen. Dank seines einfachen und kompakten Designs kann es kosteneffektiv als Nano-Satellit nach CubeSat-Standards gebaut werden. Nach der Demonstration der ersten Instrumentenversion wird eine verbesserte Version namens AtmoLITE in zukünftigen Missionen eingesetzt. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Bewertung der Leistungsfähigkeit von AtmoLITE und die Messunsicherheiten der abgeleiteten Temperaturen. Eine genaue Temperaturmessung erfordert eine sorgfältige Bildverarbeitung, insbesondere die Korrektur von Instrumentenfehlern, die auf Unzulänglichkeiten des Instruments zurückzuführen sind. Dieser Prozess beinhaltet die Identifizierung und das Verstehen neuer Fehler, was zur Entwicklung von Korrekturmethoden führt. Zusätzlich wird eine neuartige Prozessierungsmethode untersucht, um horizontale Temperaturresiduen senkrecht zur Blickrichtung zu erfassen, indem das Sichtfeld des Instruments geteilt wird, um sowohl vertikale als auch horizontale Wellenparameter abzuleiten.
description: The dynamics of the atmosphere are determined by wave-like patterns that transport momentum. Advances in observation technology enable more precise detection of these waves. Gravity waves, which are small to medium-sized atmospheric waves, play a significant role in transporting momentum from the lower atmosphere up to the mesosphere and lower thermosphere (MLT). Therefore, continuous global observation of gravity waves is of great interest. Gravity waves can be derived from their influence on the temperature field of the background atmosphere (temperature residuals). A limb-sounding instrument with high vertical resolution has been developed to observe temperature residuals in the MLT region and accurately capture the short vertical wavelengths of gravity waves. The instrument uses Fourier-transform spectroscopy to determine temperatures from the O2 A-band in the near-infrared spectrum. Thanks to its simple and compact design, it can be built cost-effectively as a nano-satellite baed on CubeSat-standards. Following the demonstration of the first instrument version, an improved version called AtmoLITE will be deployed in future missions.This work focuses on evaluating the performance of AtmoLITE and the uncertainties in the derived temperatures. Accurate temperature measurement requires careful image processing, especially the correction of instrument errors resulting from instrument inadequacies. This process involves identifying and understanding new errors, leading to the development of correction methods. Additionally, a novel processing method is being investigated to capture horizontal across-track temperature residuals by dividing the instrument's field of view to derive both vertical and horizontal wave parameters.