绚丽壮观的极光现象多发生于高纬度地区,源于来自太阳风和磁层的能量粒子在极区大气沉降时与中性粒子的碰撞反应,为揭示其成因机理所实施的大量科学观测包括原始目测到当前常见的光谱测量,而因为极光光谱能表征沉降粒子的决定性特征,所以光谱测量对进一步补充有关地球对太阳活动响应机制的相关知识来说十分重要。复杂摄谱仪生成的极光光谱数据属于除空间信息外还包含极光瞬态高分辨谱信息的超光谱数据,尽管该数据具有极高的研究价值,但相较其他光谱数据来说并不常用,因此本论文围绕该数据的有效利用及解决在利用过程中面临的存储传输难题展开了研究,其主要创新点和所实现的技术成果如下:1.配置于我国极地南极中山站和北极黄河站的摄谱仪在过去二十多年间连续生成极光光谱数据从而采集可变的极光光谱信息,该类数据包含了丰富的信息,对其展开研究具有十分重要的意义,但进行相关研究时要求研究人员具备物理学、光谱学和计算机科学等多学科知识,极富挑战性,因此到目前为止该数据仍未得到充分运用。综合考虑这些因素,本文所提出模型和算法具有一定开拓性。2.对许多科研人员来说,极光光谱数据算是一种全新的数据,因此为便于全面了解该数据,本文讨论了其结构性和统计性细节:在数据采集过程中使光辐射信息将受到干扰的噪声信息大部分服从高斯分布,因此可借助均值滤波器去除噪声,代表性数据在空间域上的相关性高于谱域相关性,但谱域相关性随时间的动态变化更为显著。3.代表性极光包括在约150 km和250 km发光高度上分别呈黄绿色和红色的557.7 nm、630.0 nm光学辐射,这两种辐射生成于二次电子和原子态氧之间的碰撞,因为它们的辐射强度由沉降电子直接决定,所以通过对极光辐射成像得到的极光光谱数据能够推导这类沉降电子的特征信息。推导过程先后采用了三种不同的策略,最终以计算效率最高的自洽逼近策略用于实际处理,最终推导所得沉降电子特征能量的合理性在与基于卫星观测数据所得平均能量的对比中得到了验证。4.沉降电子特性推演实验中用到了海量极光光谱数据和与其相关的卫星同步观测数据,研究人员十分关注这些数据的本地存储问题并尝试在已有网络带宽条件下对其进行实时传输,基于此,本文针对纯光谱数据提出了结合空谱去相关与离群点识别的线性预测无损压缩方案,而针对混合类型同步观测数据提出的通用压缩方案则通过引入层次聚类,实现了其致密存储及高效管理。