Abstract The thermal dynamics of the upper atmosphere, especially in the mesosphere, have been improving our understanding about the effects of climate change, as well as how the dynamics and general circulation in the upper atmosphere are driven by different types of waves, such as the atmospheric gravity waves, planetary waves and atmospheric tides. In order to study the upper atmospheric temperature variability and gravity waves, several research groups have been employing the remote technique of observing the airglow emissions originated in the upper mesosphere and lower thermosphere, besides emissions from the ionosphere. INPE’s airglow group started the studies on emissions from the upper atmosphere to investigate temperature and dynamics in the mesosphere, thermosphere/ionosphere at the end of 70’s. However, only in 2001 this group sent the first airglow experiment to the Brazilian Antarctic Station Comandante Ferraz (EACF) to measure the OH (8-3) emission and temperature. From that year to 2014, several other experiments were carried out at EACF, not only to measure the temperature and airglow intensities, but also to observe gravity waves, winds and other related phenomena. This paper presents airglow experiments at EACF from 2001 to the present, including illustrations, examples of already published results, and unpublished data.

Usando imagens de aeroluminescência coletadas em São João do Cariri (7,4ºS, 36,5ºW; latitude de dipolo magnético: -11ºS) no período de setembro de 2000 a abril de 2007, foi possível calcular a deriva zonal de bolhas de plasma em noventa e sete noites geomagneticamente calmas (índice Dst maior que -30 nT). As derivas zonais médias das bolhas de plasma aumentaram das 18:00 até as 22:00 horas locais (HL) e desaceleraram em seguida. As bolhas de plasma observadas durante a atividade solar alta foram mais rápidas após as 22:00 HL. As derivas zonais de bolhas de plasma no verão, depois das 21:00 HL, foram maiores que nos meses de equinócio. Poucas noites apresentaram bolhas de plasma com derivas superiores a 100 m/s e quase todas as bolhas desapareceram depois das 02:00 HL.As derivas médias zonais observadas entre -9,5 e -5,5ºS foram praticamente constantes, principalmente, por volta das 23:00 HL.

Using airglow images observed at São João do Cariri (7.4ºS, 36.5ºW; dip angle: -11ºS) from September 2000 to April 2007, plasma bubblezonal drifts for ninety-seven geomagnetically quiet nights (Dst index higher than -30 nT) were calculated. The plasma bubble eastward averaged drifts presented an increase from 18:00 to 22:00 local time (LT), and followed by a deceleration. The plasma bubbles observed during high solar activity were faster after 22:00 LT. Eastward drifts observed during the summer, after 21:00 LT, were higher than drifts observed during the equinox months. Few nights had plasma bubble eastward drifts higher than 100 m/s and almost all bubbles disappeared after 02:00 LT. Averaged zonal drifts observed between -9.5 and -5.5ºS were almost constant, primarily,around 23:00 LT.

Neste trabalho, o parâmetro η de Krassovsky, foi utilizado para investigar as amplitudes e fases das variações periódicas das emissões de airglow do O2(0-1) e do OH(6-2). As observações foram realizadas por meio de fotômetro em Rikubetsu (43,5ºN; 143,8ºE), Japão, no período compreendido entre março de 2004 e agosto de 2005, em colaboração com o grupo do Laboratório do Ambiente Solar-Terrestre da Universidade de Nagoya (STEL-LAB). Os valores médios obtidos foram de |η| = 5,3 ± 1,7 e Φ = -40,2º± 30,6º para a emissão do O2; e |η| = 8,0 ± 4,7 e Φ = -41,9º± 41,4º para a emissão do OH. Em ambas as emissões, houve uma boa concordância dos resultados obtidos com aqueles presentes na literatura. Porém, deve ser enfatizado que os modelos concordam melhor com os valores de |η| do que para Φ. Para a emissão do OH, foram obtidos valores de |η| mais elevados do que normalmente é verificado em trabalhos experimentais. Esses resultados se ajustam muito bem ao modelo de Schubert et al. (1991), para uma onda de gravidade com comprimento horizontal de 100 km.

In this work, the Krassovsky's η parameter, was used to investigate the amplitudes and phases of periodic variations of O2(0-1) and OH(6-2) airglow emissions. The data set was obtained from photometer measurements at Rikubetsu (43.5ºN, 143.8ºE), Japan, from March 2004 to August 2005, under collaboration with STEL-LAB (Solar-Terrestrial Environment Laboratory), Nagoya University. The results showed |η| = 5.3 ± 1.7 and Φ = -40.2º± 30.6º for O2 emission, and|η| = 8.0 ± 4.7 and Φ = -41.9º± 41.4º for OH emission. There is a good agreement between the results obtained in this work with the previous results. But, it must be emphasized that the models for Φ don't predict the results as good as the models for |η|. It was found the existence of larger |η| values for the OH emission, so that there are few results in literature concerning of this high values. Comparing it with the models of Schubert et al. (1991), it was observed that they have good correlation with the model for a gravity wave with a horizontal wavelength of 100 km.

As camadas de emissão de aeroluminescência são muito importantes no estudo da mesosfera, pois elas são utilizadas para monitorar a temperatura e a atividade ondulatória nesta região. Imageadores all-sky vêm sendo utilizados para monitorar as camadas da aeroluminescência e investigar a estrutura horizontal das ondas de gravidade, bem como para observar as características destas ondas. O presente trabalho descreve a metodologia empregada para determinar os parâmetros característicos tais como, comprimento de onda horizontal, velocidade de fase, período e direção de propagação das ondas de gravidade observadas em imagens de aeroluminescência.

The airglow layers are very useful to study and monitor the temperature and wave activity in the mesosphere region. All-sky cameras have been used to observe the nightglow emissions and to investigate the gravity waves characteristics and horizontal structures. The present paper describes the methodology used to estimate the gravity wave parameters such as the horizontal wavelength, phase speed, period and propagation direction, observed in the airglow images.

Neste trabalho será apresentada uma metodologia para calcular a temperatura na alta mesosfera usando a emissão da luminescência atmosférica do OH (6-2). O sistema imageador de temperatura consiste de uma câmera CCD e um sistema óptico (incluindo um filtro de interferência, uma lente Fresnel e a objetiva), instrumento este que foi desenvolvido pelo grupo de Luminescência Atmosférica do INPE em São José dos Campos, Brasil. A calibração do instrumento foi realizada no Instituto Nacional de Pesquisa Polar, Japão, usando uma esfera integradora de 2 m de diâmetro. As primeiras observações de temperatura e intensidade do OH (6-2) foram feitas no Observatório de Cachoeira Paulista (22.7ºS), Brasil, de Março a Maio de 2005, e os resultados foram comparados com os obtidos por um fotômetro zenital de filtro inclinado (MC2) que operou no mesmo local. Alguns resultados são apresentados e comparados com o modelo atmosférico de temperatura, MSISE-90, mostrando uma boa concordância com os valores médios noturnos, porém diferindo com relação à variabilidade noturna.

In this work we present a methodology to calculate the temperature in the upper mesosphere using a spectral OH (6-2) airglow temperature imager. The temperature imager system consists of a CCD camera and an optical head (including an interferometer filter, Fresnel lens and objective lens) which was developed by Airglow group of INPE in São José dos Campos, Brazil. The instrument calibration was performed at National Institute of Polar Research, Japan, using a 2 m diameter integrating sphere. The airglow test observations were carried out at Cachoeira Paulista Observatory (22.7ºS), Brazil, from March to May 2005, and the results were compared to that obtained by a tilting-filter zenith photometer (MC2) at the same place. Some results are presented and compared with MSISE-90 atmospheric temperature model, which showed a good agreement in the nocturnal mean values, while exhibiting a different nocturnal variability.

A temperatura rotacional das bandas da OH(8-3) e OH(6-2) foram medidas e comparadas utilizando dois fotômetros de filtro inclinável, em Cachoeira Paulista (23ºS, 45ºO) no ano de 1999. A temperatura rotacional foi determinada através da razão entre as linhas rotacionais P1(5) and P1(3) para o caso da banda (8-3) e entre as linhas rotacionais P1(4) e P1(2) para a banda (6-2). Os coeficientes de Einstein publicados por Mies (1974), Langhoff et al., (1986) e Turnbull & Lowe (1989) foram utilizados para o cálculo da temperatura e seus resultados foram comparados. Os resultados encontrados mostram que as temperaturas das bandas OH(8-3) e OH(6-2) são similares, dentro da margem de erro, quando os coeficientes de Einstein de Langhoff et al. foram utilizados.

The airglow OH (8-3) and (6-2) band rotational temperatures were measured and compared using two scanning photometer at Cachoeira Paulista (23ºS, 45ºW) in 1999. The rotational temperature were obtained from the ratio between the P1(5) and P1(3) in the case of the (8-3) band and P1(4) and P1(2) lines for the (6-2) band. Three different Einstein coefficients, of Mies (1974), Langhoff et al., (1986) and Turnbull & Lowe (1989) were used and compared between them. It was shown that both the temperature did agree well with in an error range when the Langhoff et al.'s coefficients were used.