中高層大氣風(fēng)場是中高層大氣動力學(xué)、光化學(xué)和電動力學(xué)過程研究以及應(yīng)用中的重要參數(shù)之一。它通過環(huán)流影響全球大氣結(jié)構(gòu)和大氣成分的分布；通過對大氣波動的調(diào)制影響其傳播過程；通過中性成分與帶電粒子之間的碰撞影響電動力學(xué)過程。目前關(guān)于風(fēng)場的觀測受示蹤成分和設(shè)備性能的約束，往往只能獲得部分地點(diǎn)或者部分高度上的風(fēng)場，衛(wèi)星觀測可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，但高度范圍和地方時覆蓋非常有限，目前再分析數(shù)據(jù)的可靠高度范圍僅到60km左右。因此，開展星地聯(lián)合觀測和理論分析，獲得具有長期連續(xù)時空分布的中高層大氣風(fēng)場，在一定程度上可以解決大氣動力學(xué)、光化學(xué)和電動力學(xué)過程研究及其應(yīng)用對風(fēng)場數(shù)據(jù)的緊迫需求。

　　近日，空間中心空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)利用TIMED衛(wèi)星上搭載的SABER探測器測量的從2002年至今的大氣溫度和壓強(qiáng)等參數(shù)，借助于平衡風(fēng)理論，計(jì)算得到中高層大氣緯向平均風(fēng)場。由于測量采樣點(diǎn)的限制，無法徹底剔除赤道和低緯地區(qū)上空80 公里高度以上強(qiáng)烈的潮汐波和行星波，從而無法應(yīng)用平衡風(fēng)理論。為此，他們利用全球赤道和低緯地區(qū)流星雷達(dá)觀測的風(fēng)場經(jīng)過適當(dāng)平滑處理替代平衡風(fēng)，從而獲得了高度范圍為18-100 公里和緯度范圍為50°S~50°N的從2002年到2019年期間逐月緯向風(fēng)場數(shù)據(jù)集(簡稱全球平衡風(fēng)數(shù)據(jù))。

　　通過與MERRA2再分析數(shù)據(jù)、UARS衛(wèi)星參考風(fēng)場數(shù)據(jù)（UARP）、水平風(fēng)場經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑℉WM14）以及分布在29.7°S~53°N范圍內(nèi)7個地基臺站流星雷達(dá)和激光雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)的對比分析，驗(yàn)證了該數(shù)據(jù)集從平流層到低熱層的大垂直跨度和18年的大時間跨度內(nèi)均具有良好的可靠性。

　　該風(fēng)場數(shù)據(jù)集可用于研究平流層到低熱層大氣的季節(jié)變化、年際變化、QBO、ENSO以及太陽周等多尺度過程的全球特征，也可作為研究大氣波動傳播和互相作用的風(fēng)場背景數(shù)據(jù)。

　　目前，上述研究成果以Global balanced wind derived from SABER temperature and pressure observations and its validations為題，發(fā)表在Earth System Science Data上，對應(yīng)的數(shù)據(jù)集已在國家空間科學(xué)數(shù)據(jù)中心在線發(fā)布。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院大型基礎(chǔ)設(shè)施（子午工程）開放研究項(xiàng)目、河南自然科學(xué)基金、空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)研究基金和開放研究課題等的資助。

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

　　數(shù)據(jù)鏈接：https://doi.org/10.12176/01.99.00574

　　

 

　　圖1：由平衡風(fēng)理論得到的赤道上空2002-2019年18-100公里的緯向風(fēng)場（圖a），和重建后的緯向風(fēng)場（圖b和c）。重建風(fēng)場克服了赤道上空80-100 km高度范圍內(nèi)的虛假東向風(fēng)。

　　 

　　圖2  重建風(fēng)場與流星雷達(dá)觀測結(jié)果的比較（黑線：重建風(fēng)場；紅線：流星雷達(dá)實(shí)測的緯向風(fēng)場）。

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