子午工程成果报道篇|中高层大气风场的反演及比对验证

中高层大气风场是非常重要的大气参数，目前对全球风场的遥感探测一直是中高层大气探测中的难点问题之一，实测数据相对缺乏。

在该项研究中，我们利用2002年至今TIMED卫星上SABER探测器大气温度和压强等探测参数，借助于平衡风理论，计算获得18-100 km高度范围内2002-2019年20年期间全球平衡风数据集。目的是获得具有长期连续时空分布的中高层大气风场，在一定程度上解决中高层大气动力学的研究和应用对风场数据的紧迫需求。地球上空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，我们利用赤道和低纬地区流星雷达观测的风场替代平衡风，重构了全球中高层大气风场。为了验证其正确性，我们利用子午工程流星雷达和其它地基台站测量的风场、HWM14和再分析数据等与全球平衡分数据进行比对，证实了我们构造的全球平衡风数据集的可靠性(如图1所示)。该数据集于国家空间科学数据中心)在线发布，供广大同行使用。另外，我们比较了子午工程的FPI测量的热层高度上的水平风场和GOCE卫星测量垂直轨道风场，结果表明在地磁平静期，两者的风场在季节变化和数值方面均有较好的一致性；但是我们发现在磁暴期间两者的数值差异明显(如图2所示)，值得进一步研究。

该项研究的创新之处在于充分利用地基观测具有连续的时间覆盖和卫星观测具有全球覆盖的优势，获得从平流层到低热层的大垂直跨度(18-100km)和18年的大时间跨度全球风场信息。通过比较具有不同测量原理的地基观测和再分析资料，确认了数据的可靠性，指出了卫星测量垂直轨道风场在暴时具有较大偏差。

图1 重构的平衡风与各地基台站观测结果的比较(黑线：重构的平衡风；红线：流星雷达测量的纬向风)。从左至右依次是子午工程漠河、北京和三亚台站，日本的Biak台站，巴西的Cachoeira Paulista 和Santa Maria台站

图2. 磁扰期(Kp≥3)，FPI测量的风场与GOCE卫星测量的Cross-wind之间的比较。从左至右依次是子午工程兴隆台站，美国的Pisgah和Arecibo台站，巴西的Cariri台站

文章原文下载链接：

中高层大气风场论文链接：

https://doi.org/10.5194/essd-13-5643-2021

中高层大气风场数据链接：

https://doi.org/10.12176/01.99.00574

热层风场论文链接：

https://doi.org/10.1029/2020JA028182