基于120°E综合观测链的中高层大气对SSW的响应研究

The response of the middle and upper atmosphere (including the mesosphere and lower thermosphere, ionosphere) to stratospheric sudden warming (SSW) is one of the hot topics in the current research of atmosphere-ionosphere coupling. Utilizing simultaneous observations of the mesosphere and lower thermosphere (MLT region) and ionosphere from the comprehensive measurements chain (including meteor radars, ionosondes and other ground-based instruments at four stations in the middle and low-latitude) along the 120°E meridian, this project is devoted to investigate the response of the winds and temperature in the MLT region and layer parameters of ionosphere (foE, foEs, h’Es, foF2 and hmF2) to the SSW. We first separately contrast the diurnal variations and spectra of the key parameters in MLT region and ionosphere during the SSW. The correspondence change of the amplitudes and phases for different atmospheric waves (including solar/lunar tides and planetary wave) of MLT winds and ionospheric layer parameters against the non-SSW time are further inspected to reveal the connection of the stratosphere and the middle and upper atmosphere. Then, we plan to discuss the (electro) dynamical process and physical mechanism at different latitudes in combination with the models TIME-IGGCAS and GCITEM-IGGCAS developed by Institute of Geology and Geophysics (Chinese Academy of Sciences) and the tidal wind mapping technique proposed by the author based on the meteor radar chain. This study will be conductive to understand the SSW induced (electro) dynamical processes of the middle and upper atmosphere, improve the current outstanding of the atmosphere-ionosphere coupling.

平流层爆发性增温（SSW）的中高层大气（MLT区域和电离层）响应是大气层/电离层耦合的热点研究内容之一。本项目拟采用120°E综合观测链上流星雷达和测高仪的同步观测，以中高层大气对SSW的响应为研究对象，采用事例研究和关联分析的方法，研究中低纬MLT区域风场、温度与电离层E层、Es层、F层垂测参数在SSW期间的逐日变化和频谱特性；比对分析不同纬度MLT区域和电离层的不同大气波动（太阳、太阴潮汐和行星波）的响应特征（响应时间、时长和强度），寻找低高度大气与中高层大气耦合的直接观测证据；在此基础上，借助申请者提出的MLT区域风场映射方法和实验室自主研发的多种电离层模式，研究不同纬度中高层大气对SSW响应的（电）动力学过程，揭示不同纬度低高度大气（尤其是大气波动）对中高层大气作用机制的差异。项目的实施有助于加强对SSW影响中高层大气的（电）动力学过程的认识，深化大气层/电离层的耦合机制的理解。

平流层爆发性增温（Sudden Stratospheric Warming, SSW）是平流层大气大尺度环流结构的突变、温度急剧增加的特殊现象。它的发生可以形成特殊耦合通道，强烈影响上下各层区。本项目通过120°E综合观测链上两种不同观测手段(流星雷达的中性风场和测高仪的电离层观测)的多点同步观测，从大气层/电离层耦合角度出发，围绕中高层大气（MLT区域、电离层）的SSW响应特征、各层区响应的关联性及其耦合作用过程、空间天气学尺度的中高层大气建模等方面开展研究，取得了系列进展，共发表SCI论文7篇。主要包括：分析了2009年-2019年间的SSW事件，包括形成、发展和演化，确定了SSW事件的时间、类型和主导作用行星波等；研究了中低纬MLT区域风场与电离层E层、Es层、F层垂测参数在不同SSW期间的逐日变化和频谱特性，定性的分析了它们与SSW相关的时空分布特点；考察了不同纬度MLT区域和电离层的主导大气波动(太阳、太阴潮汐和行星波)的响应特征(响应时间、时长、强度和传播特点)，分析了MLT区域和电离层的响应关联性，建立了高时间分辨的全球范围的MLT区域潮汐风场模式，量化了电离层变化性中底层大气波动的贡献，探讨了中高层大气对SSW响应的(电)动力学过程，揭示了SSW事件期间低层大气(尤其是大气波动)对中高层大气作用机制的差异。本项目的研究提供了低高度大气与中高层大气耦合的直接观测证据，加强了对SSW影响中高层大气的(电)动力学过程的认识，更新了SSW期间的电动力学输运图像，深化了大气层/电离层的耦合机制的理解。