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experiments at EACF from 2001 to the present, including illustrations, examples of already published results, and unpublished data.

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.

Perfis de temperatura obtidos pelo satélite CHAMP nos anos de 2001 a 2005 foram utilizados para determinar a atividade de ondas de gravidade na região da baixa estratosfera sobre a América do Sul. Os resultados encontrados para a energia potencial integrada, entre 24 e 34 km de altitude, mostraram uma variação interanual na atividade de ondas de gravidade, com uma maior atividade de ondas em torno da região equatorial. Para melhor avaliar a variação da atividade de ondas de gravidade, foi determinada a energia potencial média integrada entre (10ºN-10ºS) e (100ºO- 20ºO). Os resultados da energia potencial média mostraram uma variação sazonal da atividade de ondas de gravidade. O inverno foi a estação do ano com a menor atividade de ondas, enquanto que a primavera apresentou um aumento na atividade de ondas. A atividade de ondas de gravidade na baixa estratosfera, inferida através da energia potencial média, apresenta claramente um aumento nos anos de 2002 e 2004 e uma diminuição nos anos de 2003 e 2005.

Stratospheric gravity wave activities were deduced from GPS radio occultation temperature profiles obtained by CHAMP satellite between 2001 and 2005. Potential energy profiles are used to analyze the gravity wave activity over South America. The results showed an inter-annual variation of the potential energy integrated between 24 and 34 km of altitude. The gravity wave activity is more concentrated around the equatorial region. In order to evaluate the seasonal variation of the gravity wave activity, a mean potential energy was determined over (10ºN-10ºS) and (100ºW-20ºW). The results showed a lower gravity wave activity during winter time, while during spring time the mean potential energy showed an increase in the wave activity. The results of the mean potential energy also showed that the gravity wave activity in the lower stratosphere exhibits a higher wave activity during 2002 and 2004 and a lower wave activity during 2003 and 2005.

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.