中高層大氣-電離層系統(tǒng)中存在多種時空尺度的擾動，其中行星尺度波動因其在能量傳輸和圈層耦合中的關鍵作用，成為科學研究的重點。這類波動通常源自低層大氣，隨著傳播至中高層，其振幅逐漸增強。然而，由于缺乏有效的示蹤物，傳統(tǒng)觀測手段往往受到很大限制。流星雷達作為監(jiān)測這一區(qū)域中性風的重要工具，因其在全球范圍內分布較為稀疏且各站點獨立運行，現(xiàn)有研究仍主要依賴單一站點的數(shù)據(jù)，限制了對擾動源和機制的全面探討。近年來，得益于“ 子午工程”流星雷達的長期觀測積累，跨經(jīng)度區(qū)域的聯(lián)合分析成為可能，為深入研究行星尺度波動提供了新的契機。

中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室何茂盛研究員及其團隊，利用“子午工程”漠河站和德國Collm站2012至2020年間的流星風場數(shù)據(jù)，開展了行星尺度波動的季節(jié)性特征、與平流層增溫事件的關聯(lián)以及波動之間相互作用的研究。結果表明，大氣機械特性主導的正態(tài)模是驅動多日風速變化的主要因素，并且這些正態(tài)模在季節(jié)上具有顯著的依賴性：部分正態(tài)模在每年4至10月期間規(guī)律性出現(xiàn)，而另一些則與平流層增溫事件密切相關。正態(tài)模之間的非線性相互作用可產(chǎn)生復雜的次級波動，這些次級波動難以通過單一觀測站或航天器的數(shù)據(jù)進行分析。

通過聯(lián)合分析來自不同經(jīng)度區(qū)域的觀測數(shù)據(jù)，研究團隊首次識別出十余種次級波動，涵蓋了幾乎所有類型的行星尺度波動間的相互作用。這些次級波動包括非太陽同步的24小時和8小時潮汐分量，它們分別在冬季和夏季超過太陽同步潮汐，成為主導分量。對于通常由同步分量主導的潮汐來說，這是非同尋常的發(fā)現(xiàn)。

這些多樣的次級波動表明，行星尺度波動在大氣中展現(xiàn)出廣泛的非線性行為，揭示了能量從行星尺度向中小尺度的多條耗散途徑。此項研究不僅為許多過去被視為噪聲的擾動提供了新的解釋，也大大拓展了我們對大氣擾動機制的認識。

該研究成果已發(fā)表在Geophysical Research Letters期刊上。

參考文獻

He, M., Forbes, J. M., Stober, G., Jacobi, C., Li, G., Liu, L., & Xu, J. (2024). Nonlinear interactions of planetary-scale waves in mesospheric winds observed at 52°N latitude and two longitudes. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL110629. https://doi.org/10.1029/2024GL110629

圖1? (a)行星波的季節(jié)變化及(b)其與平流層增溫事件的伴隨關系

表1:本研究觀測到的行星尺度波動間的非線形相互作用

（供稿：天氣室）