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空间中心基于卫星和地基观测数据重建全球平衡风数据集

2021-12-31 国家空间科学中心
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  中高层大气风场是中高层大气动力学、光化学和电动力学过程研究及应用中的重要参数之一。它通过环流影响全球大气结构和大气成分的分布;通过对大气波动的调制影响其传播过程;通过中性成分与带电粒子之间的碰撞影响电动力学过程。目前,关于风场的观测受示踪成分和设备性能的约束,往往只能获得部分地点或部分高度上的风场,卫星观测可以实现全球覆盖,但高度范围和地方时覆盖较为有限,而再分析数据的可靠高度范围仅到60km左右。因此,开展星地联合观测和理论分析,获得具有长期连续时空分布的中高层大气风场,在一定程度上可以解决大气动力学、光化学和电动力学过程研究及其应用对风场数据的紧迫需求。
  近日,中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室科研团队利用TIMED卫星上搭载的SABER探测器测量的2002年至今的大气温度和压强等参数,借助平衡风理论,计算得到中高层大气纬向平均风场。由于测量采样点的限制,无法彻底剔除赤道和低纬地区上空80公里高度以上强烈的潮汐波和行星波,从而无法应用平衡风理论。为此,研究利用全球赤道和低纬地区流星雷达观测的风场经过适当平滑处理替代平衡风,从而获得了高度范围为18-100公里和纬度范围为50°S~50°N的2002年至2019年逐月纬向风场数据集(简称全球平衡风数据)。
  与MERRA2再分析数据、UARS卫星参考风场数据(UARP)、水平风场经验模式(HWM14)以及分布在29.7°S~53°N范围内7个地基台站流星雷达和激光雷达观测数据的对比分析,验证了该数据集从平流层到低热层的大垂直跨度和18年的大时间跨度内均具有良好的可靠性。
  该风场数据集可用于探究平流层到低热层大气的季节变化、年际变化、QBO、ENSO以及太阳周等多尺度过程的全球特征,也可作为剖析大气波动传播和互相作用的风场背景数据。
  相关研究成果以Global balanced wind derived from SABER temperature and pressure observations and its validations为题,发表在Earth System Science Data上,对应的数据集已在国家空间科学数据中心在线发布。研究工作得到国家自然科学基金、中科院大型基础设施(子午工程)开放研究项目、河南自然科学基金、空间天气学国家重点实验室专项研究基金和开放研究课题等的资助。
  论文链接 

  图1.由平衡风理论得到的赤道上空2002年至2019年18-100公里的纬向风场(a),和重建后的纬向风场(b和c)。重建风场克服了赤道上空80-100km高度范围内的虚假东向风
图2.重建风场与流星雷达观测结果的比较(黑线:重建风场,红线:流星雷达实测的纬向风场)
打印 责任编辑:侯茜

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