热带暂停成分拖曳传感器航天器（TPC-TOSS）：一种新型航空双平台方法，用于对热带暂停层的大气成分测量

摘要。在本文中，我们介绍了新的热带暂停成分拖曳传感器航天器（TPC-TOSS），这是对Frey等（2009）提出的航空拖曳传感器航天器（AIRTOSS）的先进开发。作为与Learjet 35A的串联测量平台，这两个平台均配备了冗余仪器，以进行气溶胶粒径分布（超高灵敏度气溶胶光谱仪，UHSAS）、臭氧（2BTech型号205）、云颗粒（反向散射云探针，BCP）、以及相对湿度、温度和压力的共位测量。为了测量两个平台的确切位置，以及TPC-TOSS与Learjet之间的相对距离，两个平台均安装了全球定位系统（GPS）。两个相同的惯性导航系统（INS）进一步允许监测姿态角（滚转、俯仰和航向）和加速度。在强烈操作期间的实验室测试、地面测试以及飞行测试表明，在±（2 ppbv + 0.5 %）的噪声水平下，臭氧和温度测量之间的良好一致性优于4.2 ppbv +1.1 %（臭氧）和0.5°C（温度）。TPC-TOSS上安装的臭氧监测器的稳定性测试结果估计分别为2.2 ppbv（偏移量，1σ）和0.7 %（增益，1σ），基于在两个星期的操作周期内测量飞行之间的例行校准中偏移和增益的漂移。新的TPC-TOSS在2024年6月的TPEx I（热带暂停成分梯度和混合实验）任务中成功飞行，并进行了四次飞行，覆盖了6.4到10.9 km的高度范围。多次穿越热带暂停层的迹象显而易见，来自不同的温度和臭氧梯度以及气溶胶数浓度的梯度。凭借这一设置，我们能够分辨瞬态稳定性和成分梯度，梯度范围从几乎为零甚至负值到潜在温度的强正梯度高达25 K km−1，以及从反转到强正的臭氧垂直梯度，最高达到800 ppbv km−1。这些梯度是由于热带暂停层的对流或剪切引起的湍流所造成的运输和混合。