全球LS-TAD/TID特征的观测对比研究

Energy and momentum transfer is one of the hottest topics in the coupling interactions between the thermosphere and ionosphere. Large-Scale Traveling Atmospheric/Ionospheric Disturbance (LS-TAD/TID) represents one important physical process in the energy and momentum transfer within the two circles and plays a key role in the redistribution of global energy and momentum in connection with magnetic storms and substorms. Due to lack of thermospheric observations, the basic properties of the LS-TAD are as yet imperfectly understood. There are still a number of open questions to be answered. On the other hand, most of our knowledge about LS-TAD are inferred from LS-TID observations and numerical simulations and validations with direct observations are highly demanded. Therefore, simultaneous thermospheric/ionospheric density measured in co-volume by the CHAMP/GRACE space-crafts are used to investigate basic properties of global LS-TAD/TID in present project. We will pay special attentions to revealing the similarities and differences between them. On this basic, the controlling processes and mechanisms will be addressed with the help of theory analysis and numerical simulation. Our aim is to revise our understanding about the characteristics of global LS-TAD/TID, being of high scientific value to shedding more light on the energy and momentum transfer in the complex thermosphere-ionosphere coupling.

LS-TAD/TID是热层-电离层间能量和动量交换的一种重要物理过程，在全球能量再分配过程中起着关键作用。目前，人们对LS-TAD的认识和了解十分有限，一些基本问题仍亟待解答；另一方面，对LS-TAD已有的认识也多源于LS-TID观测和数值模拟，缺乏直接的观测结果予以证实。为此，本项目充分利用CHAMP/GRACE卫星能够同时共体探测热层/电离层密度信息的独特优势，围绕全球LS-TAD/TID特征及演化规律开展观测对比研究，更新人们对全球LS-TAD特征的认识；辨明LS-TAD/TID二者特征的异同；验证/修正相关的理论预测。在此基础上，结合理论推导和数值模拟等途径，探究对全球-TAD/TID特征异同起主要控制作用的物理过程和机理。项目研究工作有望更新我们对全球LS-TAD/TID特征及演化规律的理解，对深入认识热层-电离层复杂耦合过程中的能量和动量交换具有重要科学意义。

LS-TAD/TID是热层-电离层间能量和动量交换的一种重要物理过程，在全球能量再分配过程中起着关键作用。本项目利用低轨卫星大气和电离层密度观测数据，研究并实现了全球大尺度LS-TAD/TID传播特征的原理和方法；分析了其特征以及对地磁活动的响应特征；开展了全球LS-TAD/TID传播特征的对比研究，发现二者传播特征表现出显著的差异，卫星观测到的LS-TAD的视在相速度通常远高于LS-TID，前者大约为后者的2倍，导致卫星同时观测到的LS-TID与LS-TAD一般并没有表现出一一对应关系。对长距离传输的LS-TAD事件进行了统计分析，定量分析了在各种地磁活动水平条件下，CHAMP卫星观测到LS-TAD能量衰减特征。数值探讨了热层大气暴时质量密度的响应特征及机制，发现热层大气密度的磁暴响应过程中存在着明显的成分变化，使得平均分子质量明显上升，然而，成分变化对大气密度扰动的贡献始终小于数密度变化，这一特征在更高的高度（400km）和低纬度地区表现的更加明显。.项目共发表论文9篇，其中SCI论文5篇，均标注基金资助。资助15人次参加学术会议，其中国际学术会议3人次；邀请2人次来华交流。项目研究工作深入认识热层-电离层复杂耦合过程中的能量和动量交换具有重要科学意义。