[論文レビュー] High Resolution Irradiance Spectrum from 300 to 1000 nm

Robert L. Kurucz|arXiv (Cornell University)|May 1, 2006

Atmospheric Ozone and Climate参考文献 3被引用数 20

ひとこと要約

本論文は、改良された大気モデル、HITRANデータを用いた対流圏線補正、反復的連続スペクトルフィッティングを用いて再処理された Kitt Peak FTS スキャンから、300〜1000 nm の高分解能太陽放射スペクトルを提示する。主な貢献は、アーティファクトが低減された見直し済みスペクトルであり、波長あたりの誤差が0.1〜1.0%である。本スペクトルは、太陽系および系外惑星研究のための高分解能基準として推奨される。

ABSTRACT

The FTS scans that made up the Kitt Peak Solar Flux Atlas by Kurucz, Furenlid, Brault, and Testerman (1984) have been re-reduced. An approximate telluric atmospheric model was determined for each FTS scan. Large-scale features produced by O3 and O2 dimer were computed and divided out. The solar continuum level was found by fitting a smooth curve to high points in each scan. The scans were normalized to the fitted continuum to produce a residual flux spectrum for each FTS scan. The telluric line spectrum was computed using HITRAN and other line data for H2O, O2, and CO2. The line parameters were adjusted for an approximate match to the observed spectra. The scans were divided by the computed telluric spectra to produce residual irradiance spectra. Artifacts from wavelength mismatches, deep lines, etc, were removed by hand and replaced by linear interpolation. Overlapping scans were fitted together to make a continuous spectrum from 300 to 1000 nm. All the above steps were iterative. The monochromatic error varies from 0.1 to 1.0 percent. The residual spectrum was calibrated two different ways: First by normalizing it to the continuum of theoretical solar model ASUN (Kurucz 1992), and second, by degrading the spectrum to the resolution of the observed irradiance (Thuillier et al. 2004) to determine a normalization function that was then applied to the high resolution spectrum.

研究の動機と目的

• Kitt Peak 太陽放射フラックスアトラスの FTS スキャンを再処理し、300〜1000 nm の高分解能太陽放射スペクトルを生成すること。
• 更新された線データおよび大気モデルを用いて、大気吸収特徴（O₃、O₂二量体）および対流圏線（H₂O、O₂、CO₂）を補正すること。
• 重複するスキャンの間で反復的アライメントを施し、波長ずれや深さの強い吸収線に起因するアーティファクトを除去することで、スペクトルの連続性と正確性を向上させること。
• 太陽系および系外惑星研究のための信頼性の高い高分解能基準スペクトルを提供すること、特に太陽系外惑星の放射スペクトルモデリングに特化すること。
• スペクトルを5400 nm まで拡張し、新しい線データやより良いスペクトルを用いて可視域を改善するための資金を確保すること。

提案手法

• Kitt Peak 太陽放射フラックスアトラスの元の FTS スキャンを、連続スペクトルの配置を簡素化するための3点ガウス平滑化を用いて再処理した。
• 各スキャンを概ね大気モデルに割り当て、kurucz.harvard.edu で入手可能なモデルを用いて O₃ および [O₂]₂ 透過率を計算し、これらを除算した。
• HITRAN およびその他の線データを用いて対流圏線透過率を計算し、観測スペクトルと一致するように反復的フィッティングによりパラメータを調整した。
• 波長スケールを再決定し、重力赤方偏移補正を施して、スキャンを太陽の実験室フレーム（真空中）に一致させた。
• スペクトルの高ポイントに滑らかな連続スペクトルをフィッティングし、観測スペクトルをこの連続スペクトルで除算して残差フラックススペクトルを生成した。
• 残差スペクトルを計算された対流圏透過率で除算し、残差放射スペクトルを導出した。アーティファクトは手作業で除去し、線形補間によって置き換えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代の大気モデルおよび線データを用いて FTS スキャンを再処理することで、Kitt Peak 太陽放射フラックスアトラスの精度と分解能をどの程度向上できるか？
• RQ2 補正されていない対流圏吸収および大気特徴（O₃、[O₂]₂）が、高分解能太陽放射スペクトル測定に及ぼす影響は何か？
• RQ3 反復的連続スペクトルフィッティングおよびスペクトルアライメントによって、重複スキャン間のアーティファクトをどの程度低減でき、スペクトルの連続性をどの程度向上できるか？
• RQ4 見直し済みの高分解能放射スペクトルは、主に Thuillier et al. (2004) が提唱する低分解能基準と、主要なスペクトル領域でどのように比較されるか？
• RQ5 現在の太陽モデル（例：ASUN）が、Gバンドおよび300 nm 未満で観測されたフラックスレベルをどの程度正確に再現できるか、その限界は何か？

主な発見

• 再処理されたスペクトルは 300–1000 nm をカバーしており、波長あたりの誤差は 0.1% から 1.0% の範囲である。
• 波長ずれや深さの強い対流圏線に起因するアーティファクトは手作業で除去され、線形補間によって置き換えられ、スペクトルの忠実性が顕著に向上した。
• 320 nm 未満および約 600 nm 付近でオゾン吸収が過剰に推定されている可能性があり、これは元のアトラスまたはモデル仮定の誤りを示唆している。
• Gバンドにおける乖離は、ASUN 太陽モデルがフラックスを低く推定している可能性を示しており、300 nm 未満での不十分な吸収率および誤った温度勾配が原因である可能性がある。
• 最終的な高分解能放射スペクトルは、Thuillier et al. (2004) の基準スペクトルに正規化された。著者は、これが利用可能な最高の高分解能基準であると推奨している。
• 著者は、CD およびプロット作成に 161,000 ドルの費用がかかると推定し、5400 nm までスペクトルを拡張し、更新されたデータやより良いスペクトルを用いて可視域を改善するため、年間 300,000 ドルの助成金を要請している。