中间层和低热层大气短周期震荡研究

The short term periodical variation means the fluctuations with periods between several days to several ten days in the mesosphere and lower thermosphere. The short term periodical variations may be influenced by both the solar/geomagnetic activities and the lower atmospheric waves. Thus, the short term periodical variations play an important role in coupling the sun-earth system and have been received much attentions in recent years. In this project, the data from satellite and ground base observations are used to extract the short term periodical variations, gravity waves, planetary waves; the date of solar/geomagnetic activity are also used to extract the short term periodical variations. Then based on the results of observations, numerical models are used to explore the characteristics and possible mechanisms of short term periodical variations. We also compare the similarities and differences of short term periodical variations during the solar maximum and solar minimum. Moreover, we study the spatial and temporal distributions of the short term periodical variations that are caused by both the solar/geomagnetic activities and the lower atmospheric waves. This study will provide new understandings on the causes of the short term periodical variations in the mesosphere and lower thermosphere, which is an important segment in the sun-earth system. This study will also provide theoretical fundamental in developing the space weather model of the sun-earth system.

中间层和低热层大气短周期震荡主要指周期为几小时到几十天的波动。这种震荡既可能来自于太阳/地磁活动的影响，也可能来自于低层大气波动的影响。对太阳/地磁活动引起的中高层大气短周期震荡的观测和研究是近年来重要的前沿研究课题，也是一种重要的日地空间系统耦合方式。本项目将通过分析从卫星和地基观测资料中提出的中间层和低热层大气中的短周期波动，同时从太阳/地磁活动提取出短周期扰动，结合数值模拟，研究中间层和低热层大气短周期震荡分别对太阳/地磁活动和低层大气波动的不同响应特征，探索其可能的响应机制；揭示中高层大气不同层次上短周期波动在太阳活动高年和低年的异同之处；确定太阳/地磁活动和低层大气波动引起中高层大气震荡的相对重要性。本项目的研究成果将为日地空间天气链路上的中间层和低热层大气变化环节提供新的认识，为建立日地系统空间天气因果链模式提供理论基础。

来自下层的大气扰动和来自上层的太阳/地磁活动对中间层和低热层大气的影响，以及中间层大气和低热层大气之间的耦合关系是日-地关系研究的重要组成部分。本项目结合先进的地基观测资料、卫星观测结果和模式模拟结果重点研究了中间层大气和低热层大气中的短周期震荡特征、变化规律和可能机制，揭示了这些短周期震荡与大气重力波、潮汐波、行星波等大气波动过程的调制作用以及太阳活动和地磁活动等扰动过程的关系。.在下层大气扰动对中高层大气影响的研究方面，首次报道并详细研究了发生在我国上空的环形重力波事件的激发过程和传播演化过程，揭示了该环形重力波主要由雷暴引发。给出我国上空中、低纬区域重力波的传播特征，阐明重力波的产生与低层大气的对流活动等动力学过程的可能关系。研究还表明青藏高原的地形强烈影响着重力波的传播方向，对流系统不仅是赤道和低纬地区重力波的重要产生源，也是高纬地区重力波的重要激发源。研究结果扩充了对重力波波源分布的认识。此外，研究结果给出平流层和中间层区域全部的潮汐波和准定常行星波之间非线性相互作用的整体特征，揭示了潮汐波和准定常行星波之间的相互作用在非迁移潮激发过程中的作用。.在来自太阳/地磁活动对中间层和低热层大气影响的研究方面，结果表明，热层大气中有明显的从几天到几十天的震荡，并且这些震荡与太阳和地磁活动相关。这些震荡主要由太阳辐射以及与太阳风共转作用区及冕洞高速流有关的地磁活动有密切关系。在由日冕物质抛射和太阳风共转作用区触发的两类磁暴发生期间，卫星轨道降低，并且总下降量与总的极光能量注入之间存在着很好的相关性。. 研究结果让我们对中间层和低热层大气短周期震荡和扰动过程有了更加全面、深入的认识。研究结果对于中层大气重力波模式的改进、地基观测台网的布局和完善有重要的指导意义，对于热层大气模式的改进、卫星轨道高度的设计与调控具有重要的应用价值，为建立日地系统空间天气事件因果链模式提供理论基础。