空间中心科研人员的首次观测验证地球大气中高阶太阳潮汐谐波

潮汐现象在天体系统中普遍存在，当一个天体围绕另一个天体运动时，潮汐效应会以多种方式影响它们的物理和化学特性。然而，现有的研究几乎全部集中在低频率的潮汐谐波上，对于高频潮汐谐波的关注较为匮乏。尤其在地球大气层中，是否存在高频谐波一直存在争议，主要难点在于如何将这些潮汐信号与偶发的区域重力波加以区分。随着“子午工程”多年来的观测积累，多经度数据的联合分析成为可能，推动了这一领域的重大突破。

中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室何茂盛研究员团队通过利用来自中国漠河站和德国科尔姆（Collm）站的流星雷达数据，提取了8年的流星层大气风观测结果，并在此基础上首次发现了地球大气中前六阶太阳潮汐谐波（周期分别为24小时、12小时、8小时、6小时、4.8小时和4小时）的显著存在。通过对两个不同经度区域的多年度观测数据进行联合分析，研究团队发现这六个谐波主要与太阳同步的潮汐效应密切相关。这一成果为高阶潮汐谐波在地球大气层中的存在提供了有力的统计证据。

值得注意的是，第五阶和第六阶（即4.8小时和4小时周期）潮汐谐波在以往的研究中几乎未受到关注，原因在于传统上大多研究采用不依赖于频率对噪声模型无法准确捕捉这一高频信号。此次研究的成功验证揭示了潮汐效应比之前的理解更为复杂，尤其是在高频范围内的表现。

这一发现为深入理解潮汐对地球气候变化、天气模式、行星宜居性、地质活动以及热量和物质循环等过程的影响提供了新的视角。高频潮汐的存在表明，潮汐对地球大气和其他天体物理过程的影响可能远比目前的模型所预测的更加多样和深远。

该研究成果已发表在期刊Geophysical Research Letters上。

He, M., Forbes, J. M., Jacobi, C., Li, G., Liu, L., Stober, G., & Wang, C. (2024). Observational verification of high-order solar tidal harmonics in the Earth's atmosphere. Geophysical Research Letters, 51(8), e2024GL108439. https://doi.org/10.1029/2024GL108439

图1  24、12、8、6、4.8和4小时交叉谱多年平均的季节性变化。绿色代表了太阳同步潮汐分量。

（供稿：天气室）