空间中心科研人员发现行星尺度波动在大气中广泛的非线性行为

中高层大气-电离层系统中存在多种时空尺度的扰动，其中行星尺度波动因其在能量传输和圈层耦合中的关键作用，成为科学研究的重点。这类波动通常源自低层大气，随着传播至中高层，其振幅逐渐增强。然而，由于缺乏有效的示踪物，传统观测手段往往受到很大限制。流星雷达作为监测这一区域中性风的重要工具，因其在全球范围内分布较为稀疏且各站点独立运行，现有研究仍主要依赖单一站点的数据，限制了对扰动源和机制的全面探讨。近年来，得益于“ 子午工程”流星雷达的长期观测积累，跨经度区域的联合分析成为可能，为深入研究行星尺度波动提供了新的契机。

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及其团队，利用“子午工程”漠河站和德国Collm站2012至2020年间的流星风场数据，开展了行星尺度波动的季节性特征、与平流层增温事件的关联以及波动之间相互作用的研究。结果表明，大气机械特性主导的正态模是驱动多日风速变化的主要因素，并且这些正态模在季节上具有显著的依赖性：部分正态模在每年4至10月期间规律性出现，而另一些则与平流层增温事件密切相关。正态模之间的非线性相互作用可产生复杂的次级波动，这些次级波动难以通过单一观测站或航天器的数据进行分析。

通过联合分析来自不同经度区域的观测数据，研究团队首次识别出十余种次级波动，涵盖了几乎所有类型的行星尺度波动间的相互作用。这些次级波动包括非太阳同步的24小时和8小时潮汐分量，它们分别在冬季和夏季超过太阳同步潮汐，成为主导分量。对于通常由同步分量主导的潮汐来说，这是非同寻常的发现。

这些多样的次级波动表明，行星尺度波动在大气中展现出广泛的非线性行为，揭示了能量从行星尺度向中小尺度的多条耗散途径。此项研究不仅为许多过去被视为噪声的扰动提供了新的解释，也大大拓展了我们对大气扰动机制的认识。

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

参考文献

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

图1  (a)行星波的季节变化及(b)其与平流层增温事件的伴随关系

表1:本研究观测到的行星尺度波动间的非线形相互作用

（供稿：天气室）